KR20130035346A

KR20130035346A - 무선통신 시스템에서 시스템 과부하 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130035346A
Application number: KR1020110099568A
Authority: KR
Inventors: 조성연; 임한나; 정상수; 배범식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-09
Also published as: WO2013048175A1; KR101830732B1; US20140235262A1; US9232440B2

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에서 시스템 과부하 제어 방법에 관한 것으로, 제1 단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 수신한 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)가 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)에게 위치 업데이트 요청 메시지를 전송하는 제1 단계, 상기 HSS가 시스템이 과부하인 것으로 판단한 경우, 상기 HSS로의 요청 메시지 전송을 방지하기 위한 MME-백 오프 타임을 설정하고, 상기 MME-백 오프 타임을 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하는 제2 단계 및 상기 MME가 상기 MME-백 오프 타임에 대응하는 백 오프 타이머를 구동하고, 상기 백 오프 타이머 구동 만료 전에 수신하는 단말의 TAU 업데이트 요청 메시지를 거절하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선통신 시스템에서 시스템 과부하 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING SYSTEM OVERLOAD IN WIRELESS COMMUNICATION}

본 발명은 무선통신 시스템에서 시스템 과부하 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)의 과부하를 제어하기 위하여, 과부하 발생 시 일정 시간동안 단말의 요청 메시지를 거절하는 시스템 과부하 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 점차로 음성 뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하고 있으며, 현재에는 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있는 정도까지 발전하였다. 그러나 현재 서비스가 제공되고 있는 이동 통신 시스템에서는 자원의 부족 현상 및 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.

이러한 요구에 부응하여 차세대 이동 통신 시스템으로 개발 중인 중 하나의 시스템으로써 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)에서 LTE(Long Term Evolution) 및 LTE-A(LTE-Advanced)에 대한 규격 작업이 진행 중이다. LTE는 최대 100 Mbps정도의 전송 속도를 가지는 고속 패킷 기반 통신을 구현하는 기술이다. 이를 위해 여러 가지 방안이 논의되고 있는데, 예를 들어 네트워크의 구조를 간단히 해서 통신로 상에 위치하는 노드의 수를 줄이는 방안이나, 무선 프로토콜들을 최대한 무선 채널에 근접시키는 방안 등이 있다.

최근에는 LTE가 핫-스팟(Hot spot) 지역에 도입됨에 따라 LTE, GSM(Global System for Mobile communications), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 등의 무선 통신망이 공존하는 상황이 발생하고 있다. 이에 따라, 단말은 LTE 라디오(Radio) 뿐만 아니라 GSM과 UMTS를 동시에 지원하는 멀티 RAT(Radio Access Technology) 기능을 가진 형태로 동작한다. 네트워크 또한 하나 이상의 RAT가 중첩되어, 단말이 그 중 어느 하나의 RAT을 선택하여 사용하는 형태로 동작한다.

그런데 일부 RAT를 관리하는 제어 노드(control node)에 이상이 생기거나, 시스템 업그레이드가 필요하여 재부팅하는 등의 동작이 발생하면, 해당 RAT를 사용하던 단말들이 동시에 다른 RAT를 선택하여, 일시적으로 시스템에 과부하가 발생할 우려가 있다.

이에 따라, 상기와 같은 상황에서 발생할 수 있는 시스템 과부하를 제어할 수 있는 방법에 대한 필요성이 대두된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)의 과부하를 제어하기 위하여, 과부하 발생 시 일정 시간동안 단말의 요청 메시지를 거절하는 시스템 과부하 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 무선통신 시스템에서 시스템 과부하 제어 방법에 관한 것으로, 제1 단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 수신한 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)가 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)에게 위치 업데이트 요청 메시지를 전송하는 제1 단계, 상기 HSS가 시스템이 과부하인 것으로 판단한 경우, 상기 HSS로의 요청 메시지 전송을 방지하기 위한 MME-백 오프 타임을 설정하고, 상기 MME-백 오프 타임을 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하는 제2 단계 및 상기 MME가 상기 MME-백 오프 타임에 대응하는 백 오프 타이머를 구동하고, 상기 백 오프 타이머 구동 만료 전에 수신하는 단말의 TAU 업데이트 요청 메시지를 거절하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 무선통신 시스템에서 시스템 과부하를 제어하는 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server)는 상기 무선통신 시스템에 위치한 적어도 하나 이상의 노드들과 통신을 수행하는 인터페이스부 및 단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 수신한 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)로부터 위치 업데이트 요청 메시지 수신 시, 상기 시스템이 과부하인지 여부를 판단하고, 과부하 판단 시 상기 HSS로의 요청 메시지 전송을 방지하기 위한 MME-백 오프 타임을 설정하고, 상기 MME-백 오프 타임을 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 일부 RAT를 관리하는 제어 노드(control node)에 이상이 생기거나, 시스템 업그레이드가 필요하여 재부팅하는 등의 동작이 발생이 발생하여 시스템에 과부하 발생 시 일정 시간동안 단말의 요청 메시지를 거절하여, 시스템 과부하를 효과적으로 제어할 수 있다.

도 1은 하나 이상의 라디오 액세스 기술(Radio Access Technology, RAT)이 중첩된 네트워크의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라, 일부 지역의 셀들을 관리하는 MME에게 일정량 이상의 부하가 발생한 경우, 백 오프 타임을 설정하여 단말의 요청을 방지하는 과정을 도식화한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시스템 과부하 제어 방법을 도시하는 순서도.
도 4는 복수 개의 MME가 관리하는 지역에 걸쳐서 단말의 요청이 폭증하는 경우를 도시하는 도면.
도 5는 복수 개의 MME가 관리하는 지역에 걸쳐서 단말의 요청이 폭증하는 경우, 백 오프 타임만을 적용할 경우의 문제점을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템 과부하 제어 방법을 도시하는 순서도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예를 적용한 결과를 도시하는 도면.
도 8은 두 개의 MME 중첩 관할 지역에 위치한 단말이 MME를 바꾸어가며 요청 메시지를 전송하는 상황을 도시하는 순서도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 시스템 과부하 제어 방법을 도시하는 순서도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 HSS의 내부 구조를 도시하는 블록도.

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.

도 1은 하나 이상의 라디오 액세스 기술(Radio Access Technology, RAT)이 중첩된 네트워크의 구조를 도시하는 도면이다.

도 1에서 도시되는 바와 같이, 무선 통신 시스템은 LTE, GSM UMTS 등이 공존할 수 있다. 이에 따라, 단말은 LTE 라디오(Radio) 뿐만 아니라 GSM과 UMTS를 동시에 지원하는 멀티 RAT(Radio Access Technology) 기능을 가진 형태로 동작한다. 네트워크 또한, 하나 이상의 RAT가 중첩되어, 단말이 그 중 어느 하나의 RAT을 선택하여 사용하는 형태로 동작한다.

도 1에서 GSM(110), UMTS(120), LTE(130) 라디오를 선택적으로 사용할 수 있는 단말은 고속의 데이터 전송이 필요한 경우에는 LTE RAT(130)를 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 단말은 전화 통화가 필요하고 LTE RAT에서 IMS(IP Multimedia Subsystem)가 지원되지 않는 경우, 회선(Circuit) 망을 이용하기 위하여 GSM(110)이나 UMTS(120)를 선택하여 사용한다.

이와 같은 상황에서 발생할 수 있는 문제점은 일부 RAT를 관리하는 제어 노드(Control Node)에 이상이 생기거나, 시스템 업그레이드가 필요하여 재부팅하는 등의 동작이 발생하는 경우, 해당 RAT를 사용하던 단말들이 동시에 다른 RAT를 선택하고, 상기 RAT를 관리하는 시스템으로 위치 업데이트(Location Update)들의 등록(Register) 동작을 동시에 수행하게 된다는 것이다.

예를 들어, UMTS(120)를 관리하는 RNC(Radio Network Controller)가 리부팅되어 일시적으로 서비스 이용이 불가능해지면, UMTS(120)와 LTE RAT(130)을 동시에 지원하는 단말들은 모두 LTE RAT를 선택하여 LTE RAT를 관리하는 제어 노드인 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)로 등록 절차를 수행한다. 그런데, 이러한 등록 절차는 결국 MME가 HSS로 가입자 정보(Subscription)를 받아오는 동작을 수행하도록 만들기 때문에, MME와 HSS는 모두 일시적으로 과부하 상태(Overload)가 된다. 그 결과, 등록에 실패한 단말들은 모두 다시 등록 절차를 시도하고, 과부하 상태인 MME와 HSS는 등록을 재차 거절하게 된다. 그러면 문제 지역에 존재하는 단말들뿐만 아니라, 문제 지역에 존재하지 않는 단말들의 요청(Request)도 처리하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 즉, 일부 지역을 관리하는 제어 노드에서 발생한 문제는 HSS의 과부하를 발생시키고, 결국 전체 시스템 영역으로 문제를 확산시키는 결과를 야기하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)의 과부하를 제어하기 위하여, 과부하 발생 시 일정 시간동안 단말의 요청 메시지를 거절하는 방안을 제안한다.

이하에서 기술되는 본 발명의 실시예는 제1 실시예 내지 제3 실시예로 구분하여 기술하도록 한다. 이 경우, 제1 실시예는 제어 노드인 MME에서 일정 시간 일정량 이상의 요청(Request)들이 발생하면, HSS가 백 오프 타임을 설정하여 일정 시간동안 HSS로의 요청을 방지하는 방안이다.

그리고 제2 실시예는 제1 실시예에 더하여, 백 오프 타임이 적용되는 동안, HSS가 MME로부터 수용가능한 최소한의 부하(Load) 양을 표시하는 부하 인자(Load Factor)를 이용하여, 문제가 발생하지 않은 지역에서 전송되는 요청을 일부 수용하는 방안이다.

그리고 제3 실시예는 제2 실시예에 더하여, 계속적으로 요청을 전송하는 단말을 블랙 리스트 단말로 지정하고, 상기 블랙 리스트 단말에게 적용할 대기 시간을 별도로 설정하는 방안이다.

<제1 실시예>

이하에서는 제어 노드인 MME에서 일정 시간 일정량 이상의 요청(Request)들이 발생하면, HSS가 백 오프 타임을 설정하여 일정 시간동안 HSS로의 요청을 방지하는 제1 실시예에 대하여 기술한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라, 일부 지역의 셀들을 관리하는 MME에게 일정량 이상의 부하가 발생한 경우, 백 오프 타임을 설정하여 단말의 요청을 방지하는 과정을 도식화한 도면이다.

상기한 바와 같이, HSS(210)는 MME로부터 미리 설정된 시간 동안, 일정량 이상의 요청이 수신되는 경우, 요청 횟수와 해당 요청 처리를 위한 부하 정도를 고려하여 백 오프 타임(Back-off Time)을 결정하고, 이를 MME로 전달한다. 그러면 단말은 해당 백 오프 타임이 경과하기 전까지는 요청 메시지 전송을 중지한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시스템 과부하 제어 방법을 도시하는 순서도이다.

우선, 제1 단말(310)은 S305 단계에서 라우팅 영역 업데이트 요청 메시지(Routing Area Update, RAU) 또는 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지(Tracking Area Update, TAU)를 무선 액세스 망(RAN)(320)을 통해 제어 노드인 MME 또는 SGSN(Serving GPRS Support Node)에 전송한다. 도 3에서는 단말이 RAU 요청 메시지 또는 TAU 요청 메시지를 전송하는 예시만을 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. RAU 또는 TAU 이외에, 인증(Authentication) 요청 등, 해당 요청 메시지를 수신한 제어 노드가 가입자 정보를 저장하는 서버에 또 다른 요청 메시지를 전송하도록 하는 모든 요청을 포함한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 단말이 TAU 요청 메시지를 전송하였음을 가정한다.

또한, 도 3에서는 제어 노드로서 MME, SGSN을 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 단말의 이동성을 관리하는 모든 종류의 노드를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 상기 제어 노드가 MME임을 가정하고 설명하도록 한다.

그러면 MME(330)는 제1 단말(310)의 가입 정보(subscription)를 획득하고, 제1 단말(310)의 현재 위치에 따라 상기 제1 단말(310)을 제어하는 MME를 등록하기 위하여, S310 단계에서 HSS(350)로 위치 업데이트 요청 메시지를 전송한다. 이를 수신한 HSS(350)는 S315 단계에서 상기 MME(330)로부터 일정 시간동안 수신한 요청의 횟수 및 상기 요청 처리를 위한 부하(load) 정도를 기록한다.

그리고 HSS(350)는 MME(330)로부터 일정 시간동안 수신한 요청의 횟수가 임의의 임계치 이상인 경우, S320 단계에서 상기 MME(330)로부터의 요청을 거절할 것으로 결정한다. 그리고 HSS(330)는 S325 단계에서, 상기 요청 횟수와 부하 정도에 기반하여 MME(330)에 대해 적용될 MME-백 오프 타임을 결정한다. 그리고 HSS(350)는 상기 MME-백 오프 타임을 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 생성하고, S330 단계에서 상기 위치 업데이트 거절 메시지를 MME(330)에게 전송한다.

상기 위치 업데이트 거절 메시지를 수신한 MME(330)는 S335 단계에서, HSS(350)로부터 수신한 MME-백 오프 타임에 기반하여 타이머 종료 시간을 저장하고, S340 단계에서 상기 백 오프 타이머의 동작을 트리거한다.

또한, MME(330)는 HSS(350)로부터 위치 업데이트 거절 메시지를 수신하였으므로 설정된 백 오프 타임동안 HSS(350)로 요청 메시지를 전송할 수 없다. 이에 따라, MME(330)는 HSS(350)로부터 수신한 MME-백 오프 타임에 기반하여, S345 단계에서 단말에 적용할 단말-백 오프 타임(특히, 제1 단말에 대한)을 결정한다. 이 경우, 상기 단말-백 오프 타임은 MME-백 오프 타임보다 클 수 있다.

그리고 MME(330)는 S350 단계에서, 상기 단말-백 오프 타임을 포함하는 TAU 거절 메시지를 생성하여 제1 단말(310)에게 전송한다. 그러면 제1 단말(310)은 단말-백 오프 타임이 경과하기 전까지는 MME(330)에 요청 메시지를 전송하지 않는다.

한편 본 발명의 일 실시예에 따르면, MME(330)는 단말로부터의 요청 횟수와, 상기 요청에 대한 부하 정도를 트래킹 영역(Tracking Area) 단위나 셀(Cell) 단위로 기록하여, 단말의 요청이 많은 지역에 대하여 단말로의 백 오프 타임을 차등시켜 적용할 수 있다.

그리고 MME(330)에 MME-백 오프 타이머 구동 중, S355 단계에서와 같이 제2 단말(360)로부터 TAU 요청 메시지가 상기 MME(330)에 전송될 수 있다. 그러면 MME(330)는 S360 단계에서, 상기 제2 단말(360)에 적용될 백 오프 타임을 결정한다. 이 경우, 상기 제2 단말(360)에 적용될 백 오프 타임은, MME(330)가 S340 단계에서 구동시킨 백 오프 타이머의 잔여 시간보다 클 수 있다.

그리고 MME(330)는 S365 단계에서, 상기 제2 단말(360)에 적용될 백 오프 타임을 포함하는 TAU 거절 메시지를 상기 제2 단말(360)에게 전송한다. 그러면 제2 단말(360)은 수신된 백 오프 타임 경과 전까지는 요청 메시지를 전송하지 않는다.

상술한 제1 실시예에 따르면 단말의 요청이 폭증(surge)하였을 때, 그 영향이 타 지역으로 확산되는 것을 방지할 수 있다.

<제2 실시예>

이하에서는 백 오프 타임이 적용되는 동안, HSS가 MME로부터 수용가능한 최소한의 부하(Load) 양을 표시하는 부하 인자(Load Factor)를 이용하여, 문제가 발생하지 않은 지역에서 전송되는 요청을 일부 수용하는 제2 실시예에 대하여 기술한다.

우선, 제2 실시예의 필요성을 설명하기 위해 도 4 및 도 5를 도시한다.

도 4는 복수 개의 MME가 관리하는 지역에 걸쳐서 단말의 요청이 폭증(surge)하는 경우를 도시하는 도면이다. 그리고 도 5는 복수 개의 MME가 관리하는 지역에 걸쳐서 단말의 요청이 폭증하는 경우, 백 오프 타임만을 적용할 경우의 문제점을 도시하는 도면이다.

상기의 제1 실시예는 하나의 제어 노드 즉, 하나의 MME가 관리하는 지역에서 기지국(eNB)이나 다른 RAT를 제어 노드가 이용할 수 없어, 상기 하나의 MME로 요청(request)이 폭증하게 되고, 이에 따라 HSS에 대한 요청도 폭증하는 상황에 대하여 기술한다.

그러나 문제가 발생한 지역이 반드시 하나의 MME가 제어하는 지역이라는 보장이 없다. 즉, 도 4에서 도시되는 바와 같이, 하나 이상의 MME(MME A, MME B)가 관리하는 지역에서 문제가 발생한 후 복구된 경우 역시, 요청이 폭증할 수 있다. 이 경우, 단말의 요청이 두 개의 MME(MME A, MME B)를 통해 HSS로 전송되는데, HSS는 모두의 MME에 대해 백 오프 타임을 적용하여, 도 5에서와 같이 문제가 발생하지 않은 지역의 단말의 요청이 거절될 우려가 있다.

도 4의 경우, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 제1 실시예에 따르는 경우, 요청이 폭증하는 정도에 따라 HSS는 백 오프 타임을 결정하여 요청 거절 메시지와 함께 MME에게 전송한다. 그러면 MME는 상기 백 오프 타임동안에는 단말의 요청을 거절한다. 이 경우, 도 5에서 도시되는 바와 같이, 문제가 발생하지 않은 지역의 단말들의 요청까지도 거절되어, 불합리한 상황이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 HSS는 백 오프 타임과 함께, 백 오프 타임이 적용되는 동안 HSS가 MME로부터 수용 가능한 최소한의 부하(load) 양을 표시하는 부하 인자(Load Factor)를 동시에 전송한다. 이 때, HSS는 백 오프 타임은 MME로부터 전송된 요청의 횟수 및 상기 요청을 처리하기 위한 부하 정도에 비례하여 결정한다. 반면. HSS는 부하 인자는 MME로부터 전송된 요청의 횟수 및 상기 요청을 처리하기 위한 부하 정도에 반비례하여 결정한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시스템 과부하 제어 방법을 도시하는 순서도이다.

우선, 제1 단말(610)은 S605 단계에서 TAU 요청 메시지를 RAN(620)을 거쳐 MME(630)로 전송한다. 그러면, MME(630)는 제1 단말(610)의 가입 정보(subscription)를 획득하고, 제1 단말(610)의 현재 위치에 따라 상기 제1 단말(610)을 제어하는 MME를 등록하기 위하여, S610 단계에서 HSS(640)로 위치 업데이트 요청 메시지를 전송한다. 이를 수신한 HSS(640)는 상기 MME(630)로부터 일정 시간동안 수신한 요청의 횟수 및 상기 요청 처리를 위한 부하(load) 정도를 기록한다.

상기 요청 횟수 및 부하 정도가 미리 설정된 임계치 이상인 경우, HSS(640)는 S615 단계에서 상기 요청을 거절할 것으로 결정한다. 그리고 HSS(640)는 S620 단계에서, 상기 요청 횟수와 부하 정도에 기반하여 MME(630)에 대해 적용될 MME-백 오프 타임을 결정한다.

이와 동시에, HSS(640)는 S625 단계에서, MME(630)로부터의 요청이 완전히 차단되지 않도록, MME(630)가 HSS(640)로 전송할 수 있는 최소한의 부하에 관한 정보를 부하 인자(Load Factor)로 설정한다. 이 경우, HSS(640)는 MME(630)로부터 수신된 요청 횟수, 상기 요청 처리를 위한 부하 정도, HSS(640)의 가용 용량(available HSS capacity)에 기반하여 부하 인자를 설정한다.

그리고 HSS(640)는 S630 단계에서, MME-백 오프 타임 및 부하 인자를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지(Update Location Reject)를 생성하여 MME(630)에 전송한다.

그러면 MME(630)는 S635 단계에서, 백 오프 타이머 종료 시간, 단말이 요청을 전송한 지역(Tracking Area ID 또는 Cell ID 등), 부하 인자를 저장한다. 그리고 MME(630)는 S640 단계에서, 백 오프 타이머의 동작을 개시한다.

그리고 MME(630)는 S645 단계에서, HSS(640)로부터 수신한 MME-백 오프 타임 및 그 지역에서의 단말의 요청에 기반하여, 단말에 적용할 단말-백 오프 타임(특히, 제1 단말에 대한)을 결정한다. 이 경우, 상기 단말-백 오프 타임은 MME-백 오프 타임보다 클 수 있다.

그리고 MME(630)는 S650 단계에서, 상기 단말-백 오프 타임을 포함하는 TAU 거절 메시지를 생성하여 제1 단말(610)에게 전송한다. 그러면 제1 단말(610)은 단말-백 오프 타임이 경과하기 전까지는 MME(630)에 요청 메시지를 전송하지 않는다.

한편, 문제가 발생하지 않은 지역(non-fail 지역)에 위치한 제2 단말(650)이 S655 단계에서, TAU 요청 메시지를 RAN(620)을 거쳐 MME(630)에 전송할 수 있다. 그러면 MME(630)는 HSS(640)로부터 수신한 지역별 부하 인자에 기반하여, HSS(640)로 요청(request) 전송이 가능한지 여부를 판단한다.

보다 구체적으로, MME(630)는 S660 단계에서, TAU 요청 메시지를 전송한 제2 단말(650)이 위치한 지역(area) 및 해당 지역에 따른 부하 인자(load factor)를 확인한다. 그리고 MME(630)는 부하 인자의 크기에 따라 제2 단말(650)의 수용 여부를 판단하고 제2 단말(650)로부터 전송된 요청을 수용하는 경우, S670 단계에서 TAU 수락 메시지를 상기 제2 단말(650)에게 전송한다. 반면, MME(630)는 제2 단말(650)로부터 전송된 요청을 거절하는 경우, S670 단계에서 TAU 거절 메시지를 상기 제2 단말(650)에게 전송한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예를 적용한 결과를 도시하는 도면이다.

도 7에서 도시되는 MME A(710) 및 MME B(720)가 관리하는 지역에 문제가 발생하였다가 복구되었음을 가정한다. 이 경우, HSS(730)는 MME A(710)에게는 백 오프 타임 A를 적용하고, MME B(720)에게는 백 오프 타임 B를 적용한다. 이 경우, 백 오프 타임 B는 백 오프 타임 A보다 작은 값을 갖는데, 이는 MME B(720)가 관리하는 지역 중, 극히 일부 지역에서만 문제가 발생하였기 때문이다.

그러면 MME A(710)에게 설정되는 부하 인자 A는 MME B(720)에게 설정되는 부하인자 B보다 작은 값을 갖는데, 이는 MME B(720)로부터 전송되는 요청을 처리할 수 있는 용량(또는 부하)보다, MME A(710)로부터 전송되는 요청을 처리할 수 있는 용량이 더 작다는 것을 의미한다.

따라서 이후 더 큰 부하 인자를 갖는 non-fail 지역에 위치한 단말(730)들의 요청은 fail 지역에 위치한 단말(740)들의 요청에 비해 수용될 확률이 높다는 것을 알 수 있다.

<제3 실시예>

이하에서는 계속적으로 요청을 전송하는 단말을 블랙 리스트 단말로 지정하고, 상기 블랙 리스트 단말에게 적용할 대기 시간을 별도로 설정하는 본 발명의 제3 실시예에 대하여 기술한다.

우선, 제3 실시예의 필요성을 설명하기 위해 도 8을 도시한다.

도 8은 두 개의 MME 중첩 관할 지역에 위치한 단말이 MME를 바꾸어가며 요청 메시지를 전송하는 상황을 도시하는 순서도이다.

제2 실시예에 따르면, 두 개의 MME들이 관리하는 지역의 경계(edge)에 존재하는 단말들이 지역을 바꾸어 가며 요청(request)을 시도할 때, 이를 제어할 수 없다. 특히, 현재 고려되고 있는 무선통신 시스템의 구조는 HSS의 부하를 고려하지 않고, MME의 부하만을 고려하여 설계되었다. 이에 따라, 도 8에서 도시되는 바와 같이, 특정 단말에 대한 트래킹 영역(Tracking Area) 등이 변경되어 상기 단말을 제어하는 MME가 변경된 경우, 이전에 단말에게 적용되던 백 오프 타임은 더 이상 백 오프 타임이 적용되지 않는다.

상기한 문제점을 MME가 감지하는 것은 어렵지만, HHS가 감지하는 것은 가능하다. HSS는 특정 단말이 요청 메시지를 전송한 시간을 기록하고, 상기 요청 메시지를 반복하여 전송하는 간격(interval)이 설정된 임계치 이하인 횟수가 일정 수 이상 반복되면, 해당 단말을 블랙 리스트 단말로 지정한다. 이와 동시에, HSS는 블랙 리스트 단말에 적용될 블랙 리스트 단말-백 오프 타임을 직접 설정한다.

이하, 상술한 제3 실시예에 대한 구체적인 설명을 도 9를 통해 기술하도록 한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 시스템 과부하 제어 방법을 도시하는 순서도이다.

우선, 단말(910)은 S905 단계에서 TAU 메시지를 RAN(920)을 거쳐 MME(930)로 전송한다. 그러면 MME(930)는 단말(910)의 가입 정보(subscription)를 획득하고, 단말(910)의 현재 위치에 따라 상기 단말(910)을 제어하는 MME를 등록하기 위하여, S910 단계에서 HSS(940)로 위치 업데이트 요청 메시지를 전송한다.

그러면 HSS(940)는 S915 단계에서, 단말관련 요청 메시지를 수신한 현재 시간과, 직전에 상기 단말 관련 요청 메시지를 수신한 시간을 비교한다. HSS(940)는 상기 시간 차이가 미리 설정된 임계치보다 작으면 기록 횟수를 증가시키고, 상기 시간 차이가 미리 설정된 임계치보다 크면 기록 횟수를 감소시킨다. HSS(940)는 상기 기록 횟수가 일정량 이상이 되면, 해당 단말을 블랙 리스트에 첨부한다.

상기의 과정을 도 9를 참고하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

HSS(940)는 S920 단계에서, 단말관련 요청 메시지를 수신한 현재 시간과, 직전에 상기 단말 관련 요청 메시지를 수신한 시간의 차이가 임계치보다 작으면, 단말의 컨텍스트에 단말의 요청 횟수를 증가시켜 기록한다. 즉, HSS(940)는 해당 단말이 너무 짧은 간격으로 요청 메시지를 전송하는 것으로 판단하고, 상기 단말을 블랙 리스트에 첨부하기 위한 조건으로 요청 횟수를 증가시킨다. 반면, 시간 차이가 임계치보다 크면, HSS(940)는 S925 단계에서 단말의 컨텍스트에 단말의 요청 횟수를 감소시켜 기록한다.

그리고 HSS(940)는 단말(910)의 요청 횟수가 임계치 이상이면 S930 단계에서, 상기 단말(910)을 블랙 리스트에 추가한다. 이 경우, HSS(940)는 단말(910)이 블랙 리스트에 추가된 시간을 기록할 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, HSS(940)는 단말들이 블랙 리스트에 추가된 시간들을 확인하여, 일정 시간 이전에 추가된 단말들은 상기 블랙 리스트로부터 제거할 수도 있다.

반면, HSS(940)는 블랙 리스트에 추가되었던 단말(910)의 요청 횟수가 임계치 이하이면, S935 단계에서 상기 단말을 블랙 리스트에서 제외한다.

현재, MME(930)로부터 일정 시간동안 수신한 요청의 횟수가 임의의 임계치 이상이기 때문에, HSS(940)는 S940 단계에서 단말의 요청을 거절할 것으로 결정한다. 그리고 HSS(940)는 S945 단계에서 상기 요청 횟수와 부하 정도에 기반하여 MME(930)에 적용될 MME-백 오프 타임을 결정한다. 그리고 HSS(940)는 단말(910)이 블랙리스트에 추가된 경우, 상기 단말(910)에게 적용될 블랙 리스트 단말-백 오프 타임을 별도로 설정할 수 있다.

또한, HSS(940)는 S950 단계에서, MME(930)로부터의 요청이 완전히 차단되지 않도록, MME(930)가 HSS(940)로 전송할 수 있는 최소한의 부하에 관한 정보를 부하 인자(Load Factor)로 설정한다. 이 경우, HSS(940)는 MME(930)로부터 수신된 요청 횟수, 상기 요청 처리를 위한 부하 정도, HSS(940)의 가용 용량(available HSS capacity)에 기반하여 상기 부하 인자를 설정한다.

그리고 HSS(940)는 MME-백 오프 타임, 부하 인자, 블랙 리스트, 블랙 리스트 단말-백 오프 타임에 대한 정보를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 생성한다. 그리고 HSS(940)는 상기 생성된 위치 업데이트 거절 메시지를 MME(930)에게 전송한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 블랙 리스트는 위치 업데이트 거절 메시지뿐만 아니라, 부하 인자에 의해 특정 단말의 요청을 승인하는 위치 업데이트 승인 메시지에 포함되어 MME(930)에게 전송될 수도 있다.

HSS(940)로부터 위치 업데이트 거절 메시지를 수신한 MME(930)는 S960 단계에서, 상기 메시지에 포함된 블랙 리스트를 확인하고 이를 저장한다. 그리고 단말(910)이 블랙 리스트에 포함된 경우, MME(930)는 S965 단계로 진행하여 블랙 리스트 단말-백 오프 타임에 기반하여 단말-백 오프 타임을 할당(assign)한다.

그리고 MME(930)는 S970 단계로 진행하여 백 오프 타이머 종료 시간, 단말이 요청을 전송한 지역(Tracking Area ID 또는 Cell ID 등), 부하 인자를 저장함과 동시에, 백 오프 타이머의 동작을 개시한다. 그리고 MME(930)는 S975 단계에서 단말-백 오프 타임을 포함하는 TAU 거절 메시지를 생성하여, 단말(910)에게 전송한다.

이후, MME(930)는 저장된 블랙 리스트를 활용하여, 단말로부터 전송되는 요청 메시지를 거절한다. 상기 블랙 리스트는 HSS(940)로부터 신규 수신되는 블랙 리스트에 의해 업데이트(overwrite)될 수도 있으며, 업데이트가 안된다면 일정 시간 경과 후, 삭제될 수도 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 HSS의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 10에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 HSS는 인터페이스부(1010), 저장부(1020), 제어부(1030)를 포함할 수 있다.

인터페이스부(1010)는 무선통신 시스템에 위치한 적어도 하나 이상의 노드들과 통신을 수행한다. 예를 들어, 상기 인터페이스부(1010)는 MME 등과 유선 또는 무선으로 연결되어 신호를 상호간 송수신할 수 있다.

저장부(1020)는 HSS의 전반적인 동작을 제어하기 위한 프로그램 등을 저장한다. 본 발명의 실시예에 따른 저장부(1020)는 MME로부터 수신한 요청(Request) 횟수 및 해당 요청을 처리하기 위한 부하 정도에 대한 정보를 저장할 수 있다. 또한 상기 저장부(1020)는 일정 간격으로 반복적으로 요청 메시지를 전송하는 단말들에 대한 정보를 포함하는 블랙 리스트를 저장하고. 이를 주기적으로 업데이트할 수 있다.

제어부(1030)는 HSS의 전반적인 동작을 제어한다. 보다 구체적으로 제어부(1030)는 단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 수신한 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)로부터 위치 업데이트 요청 메시지 수신을 감지한다. 그리고 제어부(1030)는 시스템이 과부하인지 여부를 판단하고, 과부하 판단 시 상기 HSS로의 요청 메시지 전송을 방지하기 위한 MME-백 오프 타임을 설정한다. 그리고 제어부(1030)는 상기 MME-백 오프 타임을 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 생성하여 상기 MME에 전송하도록 제어한다.

또한, 제어부(1030)는 상기 MME로부터 전송된 요청 횟수 및 상기 요청을 처리하기 위한 부하 정도에 따라 상기 MME-백 오프 타임을 설정할 수 있다. 또한, 제어부(1030)는 백 오프 타이머 구동 중 상기 MME로부터 수용 가능한 최소한의 부하(load)를 지시하는 부하 인자를 설정하고, 상기 부하 인자를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 생성하여 상기 MME에게 전송하도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부(1030)는 상기 MME로부터 수신된 요청 횟수, 상기 요청 처리를 위한 부하 정도, 상기 HSS의 가용 용량(available HSS capacity)에 기반하여 상기 부하 인자를 설정할 수 있다.

또한, 제어부(1030)는 상기 단말이 상기 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 반복하여 전송하는 전송 간격을 계산하고, 상기 전송 간격이 임의의 임계치보다 작은 횟수가 반복되는 경우 상기 단말을 블랙 리스트에 추가할 수 있다. 그리고 제어부(1030)는 상기 블랙 리스트를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(1030)는 상기 단말에 적용될 단말-백 오프 타임을 직접 설정할 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 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.

Claims

무선통신 시스템에서 시스템 과부하 제어 방법에 있어서,
제1 단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지(Tracking Area Update Request, TAU Request)를 수신한 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)가 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)에게 위치 업데이트 요청 메시지를 전송하는 제1 단계;
상기 HSS가 시스템이 과부하인 것으로 판단한 경우, 상기 HSS로의 요청 메시지 전송을 방지하기 위한 MME-백 오프 타임을 설정하고, 상기 MME-백 오프 타임을 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하는 제2 단계; 및
상기 MME가 상기 MME-백 오프 타임에 대응하는 백 오프 타이머를 구동하고, 상기 백 오프 타이머 구동 만료 전에 수신하는 단말의 TAU 업데이트 요청 메시지를 거절하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 MME가 상기 MME-백오프 타임에 기반하여 상기 제1 단말에 대해 적용될 단말-백 오프 타임을 결정하는 단계; 및
상기 단말-백 오프 타임을 포함하는 트래킹 영역 업데이트 거절 메시지를 생성하여 상기 제1 단말에게 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제2항에 있어서,
상기 MME가 제2 단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 수신하는 단계;
상기 구동중인 백 오프 타이머가 만료되기 전인 경우, 상기 MME가 상기 제2 단말에게 적용될 제2 단말-백 오프 타임을 설정하는 단계; 및
상기 제2 단말-백 오프 타임을 포함하는 트래킹 영역 업데이트 거절 메시지를 생성하여 상기 제2 단말에게 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 단계는,
상기 MME로부터 전송된 요청 횟수 및 상기 요청을 처리하기 위한 부하 정도에 따라 상기 MME-백 오프 타임을 설정하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제4항에 있어서, 상기 제2 단계는,
백 오프 타임머 구동 중 상기 HSS가 상기 MME로부터 수용 가능한 최소한의 부하(load)를 지시하는 부하 인자를 설정하는 단계; 및
상기 부하 인자를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 생성하여 상기 MME에게 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 부하 인자를 생성하는 단계는,
상기 MME로부터 수신된 요청 횟수, 상기 요청 처리를 위한 부하 정도, 상기 HSS의 가용 용량(available HSS capacity)에 기반하여 상기 부하 인자를 설정 하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제6항에 있어서,
임의의 단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지 수신 시, 상기 단말의 지역 및 상기 지역에 대응하는 부하 인자를 확인하는 단계; 및
상기 지역에 대응하는 부하 인자에 따라 상기 단말의 트래킹 영역 업데이트 요청을 수락 또는 거절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 HSS가, 상기 제1 단말이 상기 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 반복하여 전송하는 전송 간격을 계산하는 단계;
상기 전송 간격이 임의의 임계치보다 작은 횟수가 반복되는 경우, 상기 HSS가 상기 제1 단말을 블랙 리스트에 추가하는 단계; 및
상기 HSS가 블랙 리스트를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 HSS가, 상기 제1 단말에 적용될 단말-백 오프 타임을 직접 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 과부하 제어 방법.
무선통신 시스템에서 시스템 과부하를 제어하는 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server)에 있어서,
상기 무선통신 시스템에 위치한 적어도 하나 이상의 노드들과 통신을 수행하는 인터페이스부; 및
단말로부터 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 수신한 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)로부터 위치 업데이트 요청 메시지 수신 시, 상기 시스템이 과부하인지 여부를 판단하고, 과부하 판단 시 상기 HSS로의 요청 메시지 전송을 방지하기 위한 MME-백 오프 타임을 설정하고, 상기 MME-백 오프 타임을 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홈 가입자 서버.
제10항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 MME로부터 전송된 요청 횟수 및 상기 요청을 처리하기 위한 부하 정도에 따라 상기 MME-백 오프 타임을 설정하는 것을 특징으로 하는 홈 가입자 서버.
제11항에 있어서, 상기 제어부는,
백 오프 타이머 구동 중 상기 MME로부터 수용 가능한 최소한의 부하(load)를 지시하는 부하 인자를 설정하고, 상기 부하 인자를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 생성하여 상기 MME에게 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 홈 가입자 서버.
제12항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 MME로부터 수신된 요청 횟수, 상기 요청 처리를 위한 부하 정도, 상기 HSS의 가용 용량(available HSS capacity)에 기반하여 상기 부하 인자를 설정하는 것을 특징으로 하는 홈 가입자 서버.
제13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 단말이 상기 트래킹 영역 업데이트 요청 메시지를 반복하여 전송하는 전송 간격을 계산하고, 상기 전송 간격이 임의의 임계치보다 작은 횟수가 반복되는 경우 상기 단말을 블랙 리스트에 추가하며, 상기 블랙 리스트를 포함하는 위치 업데이트 거절 메시지를 상기 MME에 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 홈 가입자 서버.
제14항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 단말에 적용될 단말-백 오프 타임을 직접 설정하는 것을 특징으로 하는 홈 가입자 서버.