KR20150075844A

KR20150075844A - 부하 분산 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템

Info

Publication number: KR20150075844A
Application number: KR1020130164199A
Authority: KR
Inventors: 최대식
Original assignee: 에릭슨 엘지 주식회사
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-06

Abstract

기지국장치(eNB)와 기지국 제어 장치(예컨대, BSC, MME 등) 간에 부하정보를 유기적으로 관리함으로써 부하(유입되는 호의 단절 및 지연)를 분산시킬 수 있는 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템이 개시된다. 본 발명에 따르면, 적어도 두 개의 기지국 제어 장치(MME)를 그룹핑하고, 그룹핑된 MME의 부하도를 확인한다. 그리고, 그룹핑된 MME로 전달되는 호를 부하도를 고려하여 그룹핑된 MME 간에 분산시킨다.

Description

부하 분산 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템{LOAD BALANCING METHOD AND MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM FOR THE SAME}

본 발명은 이동통신 시스템에서 부하 분산 방법에 관한 것으로, 특히 기지국장치(eNB)와 기지국 제어 장치(예컨대, BSC, MME 등) 간에 부하정보를 유기적으로 관리함으로써 부하(유입되는 호의 단절 및 지연)를 분산시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

최근에 통신 및 컴퓨터 네트워크, 반도체 기술의 비약적인 발전으로 인해 무선통신망을 이용한 다양한 서비스가 제공되고 있을 뿐만 아니라 수요자들의 요구 사항은 날이 갈수록 수준이 높아지고 있으며, 전세계 무선 인터넷 서비스 시장은 폭발적으로 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라, 무선통신망을 이용한 이동통신 시스템에서 제공하는 서비스는 음성 서비스뿐만 아니라, 다양한 데이터를 전송하는 멀티미디어 통신 서비스로 발전해 가고 있다.

최근 스마트폰의 증가와 데이터 트래픽의 사용 요구 증가에 따라, 증대된 데이터 트래픽을 수용하기 위해 시스템 부하나 영향을 고려하여 호를 분산/분배하는 기능이 요구된다.

시스템 부하를 제어하는 방법으로, 종래에는 시스템 개별 단위로 부하가 있는 상태에서 유입되는 호를 제어하므로, 부하도가 높은 상태에서도 call type별로 유입되는 호의 단절 및 지연으로 인해 안정성이 확보되지 못하는 경우가 발생한다.

시스템 개별 단위 부하 제어 방법으로는, MME(Mobility Management Entity) 자체 부하도가 있는 상태에서 call type별로 호를 제어하는 방법과, MME 전체적으로 부하도가 있는 상태에서 eNB(eNodeB)로 overload start 메시지를 통해 제어하는 방법이 있다. 전자는 MME에서 설정한 부하 이상으로 올라갈 경우, eNB와는 상관없이 MME 자체에서 호가 유입되는 것을 막는다. 이로 인하여 호 단절 및 지연이 발생할 수 있다. 후자는 MME 부하도가 이미 임계치 이상으로 높아졌을 때, MME에서 eNB로 내용을 전달하고 MME에서는 call type별로 호를 유입시킨다. 이때 유입되는 호의 type에 따라 호 단절 및 지연이 발생할 수 있다.

종래에는 eNB와 MME 간에 부하 관련 정보를 상호 유기적으로 주고받지 못하며, MME에서 이미 부하도가 올라간 상태에서 과부하 제어를 하므로, 과부하 제어 경보(alarm)가 발생한 상태에서 호가 유입되면(즉, 시스템에 부하가 일정 수준 올라온 상태에서 call type별로 과부하에 따른 호 제어를 하며, 과부하인 상태에서도 호가 지속적으로 유입됨) 호 단절 및 지연이 발생한다. 호 단절 및 지연이 발생하면 서비스 질적 저하와 시스템 이미지 저하로 이어진다.

종래기술의 문제점을 정리하면 다음과 같다.

eNB와 MME 간에 상호 유기적으로 부하 관련 정보를 주고 받지 못하기 때문에 MME에 부하가 있다 하더라도, eNB에서는 MME로 호를 지속적으로 인가하므로 call type별로 호 단절 및 지연이 발생한다. 이는 서비스 질적 저하 현상으로 이어진다. MME에서는 부하를 갖는 상태에서도 call type별로 호가 지속적으로 유입됨에 따라, 이용자에게는 호 단절 및 지연의 결과를 갖게 하고, 통신사로서는 서비스 질적 저하와 망 서비스 질 저하를 갖는다. 시스템 부하는 발생하기 전에 부하 분산을 통해서 제어해야 하나, MME에 호가 유입되는 상태에서 제어하므로, 추가적으로 유입되는 call type에 대해서 호 단절 및 지연이 발생하고, 이는 서비스 질적 저하 현상으로 이어질 수 있다.

한국공개특허공보 제10-2011-0075098호(2011.07.06 공개)

본 발명의 목적은 기지국장치(eNB)와 기지국 제어 장치(예컨대, BSC, MME 등) 간에 부하정보를 유기적으로 관리함으로써 부하(유입되는 호의 단절 및 지연)를 분산시킬 수 있는 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 기지국장치(eNB)와 기지국 제어 장치(예컨대, BSC, MME 등) 간에 부하정보를 유기적으로 관리함으로써 부하(유입되는 호의 단절 및 지연)를 분산시킬 수 있는 방법 및 그를 위한 이동통신 시스템이 개시된다. 본 발명에 따르면, 적어도 두 개의 기지국 제어 장치(MME)를 그룹핑하고, 그룹핑된 MME의 부하도를 확인한다. 그리고, 그룹핑된 MME로 전달되는 호를 부하도를 고려하여 그룹핑된 MME 간에 분산시킨다.

본 발명에 의하면, eNB와 MME 간에 상호 유기적으로 부하 정보를 Update 할 수 있으며, Update에 따른 MME에 대한 부하 임계치를 eNB와 연동하여, eNB가 MME 상태를 확인하여 호를 분산/분배할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, MME는 안정적인 서비스를 지속할 수 있으며, eNB에서 인가하는 호 역시도 MME에서 호 단절 및 지연 없이 처리할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 이동통신망의 구성을 도시한 도면.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 부하 분산을 위한 부하도 전달 절차를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 이동통신망의 구성을 도시한 도면이다.

일실시예에 있어서, 이동통신망은, 예컨대 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA와 같은 2G 무선통신망, LTE망, WiFi와 같은 무선인터넷, WiBro(Wireless Broadband Internet) 및 WiMax(World Interoperability for Microwave Access)와 같은 휴대인터넷 또는 패킷 전송을 지원하는 이동통신망(예컨대, WCDMA 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 또는 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)와 같은 3.5G 이동통신망, 또는 현재 서비스 중인 4G 이동통신망 등) 및 매크로 기지국(macro eNodeB), 초소형 기지국(Pico eNodeB, Home-eNodeB) 및 단말(UE)을 구성요소로 포함하는 임의의 기타 이동통신망을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서는 LTE의 무선접속망인 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)을 위주로 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 이동통신망은 하나 이상의 네트워크 셀로 구성될 수도 있고, 이동통신망에 서로 다른 종류의 네트워크 셀이 혼재할 수 있는 HetNet 환경을 포함한다. 이동통신망은 소규모의 네트워크 셀(예컨대, 피코셀, 펨토셀 등의 '소형셀(small cell)')을 관리하는 초소형 기지국(Pico eNodeB, Home-eNodeB, relay 등)(11~15,21~23,31~33), 넓은 범위의 셀(예컨대, '매크로셀(macro cell)')을 관리하는 매크로 기지국(macro eNodeB)(10,20,30), 단말(UE)(40), SON(Self Organizing&optimizing Networks) 서버(50), MME(Mobility Management Entity)(60), S-GW(Serving Gateway)(80), P-GW(PDN Gateway)(90) 및 HSS(Home Subscriber Server)(100)를 포함할 수 있다. 도1에 도시된 각 구성요소의 개수는 예시적인 것으로, 본 발명이 실시될 수 있는 이동통신망의 각 구성요소의 개수가 도면에 도시된 개수에 제한되는 것은 아니다.

매크로 기지국(10,20,30)은, 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 1km 내외의 반경을 갖는 셀을 관리하는 매크로셀 기지국의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)은, 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 수 m ~ 수십 m 내외의 반경을 갖는 셀을 관리하는 피코 기지국, 옥내용 기지국 또는 펨토 기지국, 릴레이(relay)의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)이나 매크로 기지국(10,20,30)은 각각 독자적으로 코어망의 접속성을 가질 수 있다.

단말(UE)(40)은 GSM망, CDMA망와 같은 2G 무선통신망, LTE망, WiFi망과 같은 무선인터넷망, WiBro망 및 WiMax망과 같은 휴대인터넷망 또는 패킷 전송을 지원하는 이동통신망에서 사용되는 이동 단말기의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

초소형 기지국의 네트워크 관리 장치인 관리 서버(O&M 서버)(70)는 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)과 매크로 기지국(10,20,30)의 구성정보 및 관리를 담당한다. 관리 서버(70)는 SON 서버(50), MME(60) 및 HSS(100)의 기능을 모두 수행할 수 있다. SON 서버(50)는 매크로/초소형 기지국 설치 및 최적화를 수행하고 각 기지국에 필요한 기본 파라미터 또는 데이터를 제공하는 기능을 하는 임의의 서버를 포함할 수 있다. MME(60)는 단말(40)의 이동성 등을 관리하기 위하여 사용되는 임의의 개체를 포함할 수 있다. 또한 각 MME(61,62)는 기지국 제어기(BSC)의 기능을 수행하며, 자신에 연결된 기지국(pico eNodeB, Home-eNodeB, macro eNodeB 등)에 대하여 자원 할당, 호 제어, 핸드오버 제어, 음성 및 패킷 처리 제어 등을 수행할 수 있다. HSS(100)는 가입자의 서비스/인증을 위한 일종의 데이터베이스이다.

일실시예에 있어서, 하나의 관리 서버(70)가 SON 서버(50), MME(60) 및 HSS(100)의 기능을 모두 수행할 수 있고, SON 서버(50), MME(60) 및 HSS(100)는 하나 이상의 매크로 기지국(10,20,30)과 하나 이상의 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)을 관리할 수 있다.

상기 이동통신망에서 매크로셀, 피코셀 및 펨토셀이 혼재된 네트워크 셀을 가정하였지만, 네트워크 셀은 매크로셀-피코셀, 매크로셀-펨토셀 만으로도 구성 가능하다.

운용에 있어서, 매크로 기지국(10,20,30)으로의 액세스는 통상 모든 단말에게 허용되지만, 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)으로의 액세스는 특정 단말(가입자)로 제한할 수 있는 운용기능이 있다. 이는 접속모드 또는 운용모드로 불리우는데, 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)의 접속모드는 어떤 단말에게 서비스를 제공하느냐에 따라 구분된다. 즉 폐쇄형 접속모드, 개방형 접속모드, 하이브리드 접속모드로 구분된다. 폐쇄형 접속모드(Closed Access mode 또는 CSG Closed mode)는 특정 가입자에게만 접속을 허용하며, 개방형 접속모드(Open Access mode 또는 CSG Open mode)는 접속허용조건이 없이 어떤 가입자든 접속가능한 모드이며, 하이브리드(Hybrid)는 절충형이라고 볼 수 있다.

구체적으로, 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)은 자신이 관리하는 펨토셀 영역에 시스템 정보인 SIB 1(System Information Block type 1)을 브로드캐스팅할 수 있는데, 이 SIB 1에는 해당 펨토셀로의 액세스가 제한되어 있는지 여부를 표시하는 CSG 지시자(Closed Subscriber Group indicator)가 포함되어 있다. SIB 1은 기지국(HeNB, macro eNB)이 자신의 셀에 대한 정보를 모든 단말(40)에게 브로드캐스팅하는 메시지로서, CGI(Cell Global Identity)(망 내에서 유일한 셀 구분인자), CSG indication(초소형 기지국임을 알려주는 인자), CSG ID(CSG에 대한 ID) 등을 포함한다.

상기의 이동통신망을 LTE망으로 가정하는 경우, LTE망은 inter-RAT망(WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등)에 연동된다. inter-RAT망 중 하나(예컨대, WiBro망)가 상기 이동통신망인 경우 역시, 타 망(LTE망, WiFI망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등)에 연동된다. 도면에는 일 망(예컨대, LTE망)과 타 망(WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등)이 이격되어 도시되어 있지만, 일 망과 타 망은 오버랩(Overlay)되어 있음을 전제로 한다.

초소형 기지국(11~15,21~23,31~33) 또는/및 매크로 기지국(10,20,30)을 '기지국장치'로 통칭하여 명명하면, LTE의 기지국장치(도2의 eNB, 25)로 구성되어 있는　E-UTRAN은 IP 기반의 플랫(flat)한 구조를 가지고 단말(40)과 코어망 간의 데이터 트래픽(data traffic)을 처리한다. 이들 간의 신호 제어는 MME(60)가 담당한다. MME(60)는 eNB(25)와 S-GW(Serving Gateway)(80) 간의 신호제어를 담당하고, 단말(40)로부터 인입되는 데이터를 어느 곳으로 라우팅할지를 결정한다. S-GW(80)는 eNB(25)와 eNB(25) 간, 3GPP 네트워크와 E-UTRAN 간의 단말 이동에 　대한 앵커(anchoring) 기능을 담당하고, P-GW(PDN(Packet Data Network) Gateway)(90)를 통해 IP망에 접속한다. 핵심망 장비인 MME(60)/S-GW(80)는 다수 개의 eNB(25)를 관장하며, 각 eNB(25)는 여러 개의 셀로 구성된다. eNB(25)와 MME(60)/S-GW(80)간에는 S1 인터페이스를 통해 C-plane/U-plane이 제어되며, eNB(25) 간 핸드오버 및 SON 기능을 위해 X2 인터페이스를 사용한다.

네트워크 인터페이스의 셋업은 시스템 중앙의 MME(60)와 연결하는 S1 인터페이스와 현재 시스템상에 존재하는 다른 셀들의 eNB(25)와의 직접적인 통신을 위한 네트워크 라인인 X2 인터페이스를 설정함으로써 이루어진다. S1 인터페이스는 MME(60)와 신호를 교환함으로써 UE(40)의 이동을 지원하기 위한 OAM(Operation and Management) 정보를 주고받는다. 또한, X2 인터페이스는 eNB(25) 간에 fast handover를 위한 신호 및 load indicator 정보, self-optimization을 위한 정보를 교환하는 역할을 수행한다.

eNB(25)는 MME(60)의 부하도를 고려하여 MME(61,62) 간 호를 분산/분배하여 인가시킨다. 예컨대, eNB(25)는 MME1,2(61,62)의 부하도를 고려하여 부하도가 큰 제1 MME(61)로는 호를 적게 인가시키고, 부하도가 작은 제2 MME(62)로는 호를 더 많이 인가시킨다. 또한, eNB(25)는 MME1(61)에 장애가 발생한 경우에 MME2(62)로 자동 절체한다. 제1 MME(61)와 제2 MME(62)는 동일 pool로 구성되며, pair를 이룬다. MME1,2(61,62)의 부하정보는 MME(60)가 eNB(25)로 알려준다. 비록 도면에서는 두 개의 MME를 그룹핑하여 동일한 부하 분산 pool로 구성하는 것을 가정하였지만, 3개 이상의 MME를 그룹핑하여 부하 분산 pool을 구성할 수도 있음에 유의하여야 한다.

즉, 제1 실시예로서, eNB(25)는 MME1(61)에 장애가 발생한 경우에 운영자의 개입없이 MME2(62)로 자동 절체한다. 또한, 제2 실시예로서, eNB(25)는 MME1,2(61,62)의 부하도를 고려하여, 부하도가 큰 제1 MME(61)로는 호를 적게 인가시키고, 부하도가 작은 제2 MME(62)로는 호를 더 많이 인가시킨다. MME1,2(61,62)의 부하정보에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

우선 eNB(25)와 MME(60) 간의 연동관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

제1 실시예로서, MME1(61)은 eNB(25)가 현재 수용(연동)된 서빙 MME일 수 있고, MME2(62)는 MME(61)의 장애시 절체되는 백업 MME일 수 있다. 제1 실시예에 따르면, eNB(25)는 MME1(61) 및 MME2(62) 중 어느 하나에 연동된다. 한편, 장애가 발생하여 eNB(25)가 서빙 MME(61)에서 백업 MME(62)로 자동 절체된 후, 서빙 MME(61)가 회복된 경우, 백업 MME(이제 서빙 MME가 됨)(62)는 장애 회복된 MME(61)를 고려하여 재밸런싱(re-balancing)을 수행할 수 있다.

제2 실시예로서, MME1,2(61,62)는 eNB(25)가 현재 수용(연동)된 서빙 MME일 수 있고, 부하도에 따라 유입되는 호가 서로 달라질 수 있다. 제2 실시예에 따르면, eNB(25)는 MME1(61) 및 MME2(62) 모두에 연동된다.

백업 또는 서빙 MME로 동작하는 MME2(62)는 MME1(61)의 pair로서, 고정적으로 구성될 수도 있고, 부하도에 따라 동적으로 구성될 수도 있다. 이하에서는 제1 및 제2 실시예에 따라 pair로 동작하는 백업 또는 서빙 MME2(62)를 가용 MME로 명명하고, 가용 MME(62)를 동적으로 구성하는 예를 설명한다.

eNB(25)가 상위 노드인 가용 MME(62)를 선택함에 있어서, 사전에 정의된 인식자(IP 주소)가 아니라, 동적으로 eNB - MME 간의 연동 관계를 설정할 수 있어야 하고, 이 과정에서 다수의 MME(도면에서는 '62'만 도시됨)가 존재할 수 있기 때문에 각각 MME는 자신의 성능/용량을 고려하여 추가적으로 eNB(25)를 수용할지 여부를 결정한다. 즉, 각 MME는 자신의 성능/용량을 고려해 부하를 판단하고, 추가적으로 eNB(25)를 수용할지 여부를 결정한다. 만약 eNB(25)의 추가 수용을 결정한 경우에 MME는 eNB(25)에게 등록수락 메시지를 전송한다. 이후 eNB(25)는 예컨대 등록수락 메시지의 응답시간(지연시간)을 바탕으로 먼저 등록수락 메시지를 송신한 MME2(62)를 결정한다.

각 MME는 등록수락 메시지의 응답시간(지연시간)을 조정하지 않고 등록수락 메시지를 전송할 수 있는데, 이때 부하가 적은 MME가 전송한 등록수락 메시지는 eNB(25)에게 일찍 도달되고, 부하가 많은 MME가 전송한 등록수락 메시지는 eNB(25)에게 늦게 도달되므로, eNB(25)는 응답시간(지연시간)이 짧은 등록수락 메시지를 전송한 MME를 가용 MME(62)로 결정한다. 한편, 각 MME는 등록수락 메시지의 응답시간(지연시간)을 임의적으로 조정하여 등록수락 메시지를 전송할 수도 있는데, 예컨대 eNB(25)의 추가 수용을 허용하지 않는 경우 응답시간(지연시간)을 크게 하고, eNB(250의 추가 수용을 허용하는 경우 응답시간(응답시간)을 짧게 하여 등록수락 메시지를 전송한다. 그러면 eNB(25)는 응답시간(지연시간)이 짧은 등록수락 메시지를 전송한 MME를 가용 MME(62)로 결정한다.

구체적으로, eNB(25)는 가용 MME(62)를 결정하기 위해서 MME를 자동적으로 발견할 수 있어야 한다. 이를 위해 eNB(25)와 각 MME 간에 IP multicast를 이용한다. 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다.

그리고, 다수의 MME는 자신의 성능/용량에 맞게 eNB(25)를 수용할지를 여부를 결정하는데, 이를 위해서 각 MME는 eNB(25)가 IP multicast 주소로 송신한 등록요청(registration-request) 메시지(REG-request 메시지)를 수신하여 이에 대한 응답 메시지의 송신 지연시간을 MME의 부하에 대한 함수로 만들어서 eNB(25)에게 전송한다. 즉, 각 MME는 부하가 큰 경우 지연시간을 크게 하여 등록수락 메시지(registration-accept) 메시지(REG-accept 메시지)를 eNB(25)에게 전송하고, 부하가 작은 경우 지연시간을 작게 하여 REG-accept 메시지를 eNB(25)에게 전송한다. 또한, 위와 같이 MME가 지연시간을 임의적으로 조정하지 않아도, 전술한 바와 같이 부하가 적은 MME가 전송한 등록수락 메시지는 eNB(25)에게 일찍 도달되고, 부하가 많은 MME가 전송한 등록수락 메시지는 eNB(25)에게 늦게 도달된다. 왜냐하면, 부하가 많은 MME에 도달한 등록요청 메시지는 그 만큼 더 큐잉되어 처리되기 때문이다.

그리고, eNB(25)는 각 MME로부터 전송된 등록수락 메시지의 응답시간(지연시간)으로 인하여, 상대적으로 부하가 더 적은 MME를 가용 MME(62)로 결정한다. 일실시예에 있어서, 등록수락 메시지가 가장 먼저 수신된 MME를 가용 MME(62)로 결정한다.

이와 같이 MME1(61)과 MME2(62)가 pair로 구성된 환경에서, eNB(25)는 MME1(61)에 장애가 발생한 경우(주기적인 heartbeat 메시지 전송과 MME의 응답을 통해서 일정 시간 동안 응답이 없는 경우에 장애로 판정함)에 MME2(62)로 자동 절체하거나, MME(61,62)의 부하도를 고려하여, 부하도가 큰 제1 MME(61)로는 호를 적게 인가시키고, 부하도가 작은 제2 MME(62)로는 호를 더 많이 인가시킨다. 이때, eNB(25)는 MME2(62)에게 초기의 등록 요청과 동일한 절차에 따라서 IP multicast 주소로 등록요청을 송신함으로써 자동적으로 MME2(62)에 수용된다.

상기 IP multicast 주소 할당 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

IP 주소체계는 IPv4와 IPv6가 있다. IPv4의 주소 체계는 총 12자이며, 네 부분으로 나누어지고(각 부분은 0~255까지 3자리의 수로 표현됨), IPv4 주소는 32비트로 구성된다. IPv6 주소는 128비트로 구성되어 주소 고갈의 문제를 해결하고, 자동 주소 설정 기능 등을 통하여 IP 계층에서 무선 단말의 이동성을 지원한다. 본 발명에서는 IPv4를 기준으로 설명한다.

멀티캐스트(multicast) 전송이 일반적인 유니캐스트(unicast)와 다른 점은 전송 패킷에 있다. 일반적으로 TCP/IP상의 인터넷 응용 프로그램은 데이터의 송신자가 이를 수신할 수신자의 IP 주소를 전송 패킷의 헤더에 표시해 패킷을 전송하게 된다. 그러나 멀티캐스트 전송을 위해서는 헤더에 수신자의 주소 대신 수신자들이 참여하고 있는 그룹 주소를 표시하여 패킷을 전송한다. 멀티캐스트 전송을 위한 그룹 주소는 D Class 주소로 전 세계의 인터넷 호스트를 나타내는 A, B, C Class IP 주소와는 달리 실제의 호스트를 나타내는 주소가 아니기 때문에, 멀티캐스트 패킷을 전송받는 수신자는 자신이 그룹에 속해 있는지를 IP 주소로 판단하여 패킷의 수용 여부를 결정하게 된다.

본 발명에서 IPv4 주소 체계의 멀티캐스트(multicast)는 IANA의 규정에 의해서 Class D 주소를 가지며, 하기의 표1과 같이 4개의 8비트 값 중에서 처음 8비트의 값이 224 ~ 239의 범위로 지정되어 있다. 이러한 값 중에서 1개의 적정한 IPv4 주소를 할당한다.

설명의 편의를 위해서, 이 용도로 할당된 IPv4 주소를 "IP-MC"라고 명명하고, 가용 MME(MME2(62))를 결정하는 절차를 구체적으로 살펴보기로 한다.

각 MME가 기동하여 eNB(25)에 대한 접속(연동) 서비스가 준비되면, MME는 이 사실을 명시적으로 공표하기 위해서 IGMP(Internet Group Management Protocol)을 통해서 사전에 할당된 IP-MC 주소로 IGMP-join 절차를 진행한다. 이러한 정보는 PIM(Protocol Independent Multicast) 등과 같은 멀티캐스트 라우팅(multicast routing) 프로토콜을 통해서 IP-based Abis backhaul망에 전달되고, IP-MC 주소를 갖는 멀티캐스트 패킷이 다시 MME에 도달될 수 있도록 한다. 만약, MME가 성능/용량 상의 이유(과부하)나 유지보수의 목적으로 더 이상의 eNB(25)를 수용하지 않는 경우에는, IGMP-leave 절차를 통해서 더 이상의 IP-MC 패킷을 수신하지 않을 수 있다.

즉, MME가 IP-MC 주소를 갖는 IGMP-join 패킷을 전송하면, eNB(25)는 기동하여, MME와 연동하기 위해 IP 헤더의 착신 주소(destination IP 주소)를 IP-MC 값으로 하여 등록요청 메시지(REG-request 메시지)를 IP-based Abis backhaul망으로 전송한다. 이때 서비스 중인 다수의 MME가 존재하는 경우에 동일한 등록요청 메시지가 동시에 다수의 MME에 도달될 수 있는데, MME는 등록요청 메시지에 대한 등록수락 메시지를 응답함에 있어서 MME 자신의 부하를 고려하여 고의적으로 응답하는 시간을 조정할 수 있다. 즉, MME의 성능/용량 대비 현재 부하값을 %단위로 환산하여 적용한다. 각 %부하에 대하여 delay_slot_time(예를 들면, 100ms) 값의 곱으로 MME가 등록수락 메시지를 응답하는 시간이 결정된다. delay_slot_time의 값은 이용하는 IP 망의 특성(RTD: Round Trip Delay)을 고려하여 결정하며, 운용자가 변경할 수 있는 값이다.

등록요청 메시지를 IP multicast에 의해서 다수의 MME가 수신하게 되면, 해당 시스템의 부하에 비례하여 등록수락 메시지를 더 지연시켜 전송하기 때문에 연동 가능한 MME 중에서 가장 낮은 부하의 MME가 송신한 등록수락 메시지를 eNB(25)가 수신하게 된다. 일실시예에 있어서, MME3이 MME2(62) 보다 부하가 더 큰 경우에, MME3은 MME2(62) 보다 더 늦게 등록수락 메시지를 송신하게 된다. 즉, MME2(62)가 전송하는 등록수락 메시지가 MME3이 전송하는 등록수락 메시지 보다 먼저 eNB(25)에 도달한다. eNB(25)는 MME3의 등록수락 메시지를 무시하고 등록수락 메시지가 먼저 수신된, 즉 상대적으로 부하가 더 적은 MME2(62)를 가용 MME로 결정하고, 등록 절차를 수행한다. 즉 eNB(25)는 MME2(62)가 송신하는 등록수락 메시지에 포함된 발신주소(source IP 주소)를 식별자로 사용하여 MME2(62)와 세부 등록 절차를 진행한다.

MME의 부하를 결정하는 방법에는 여러 가지 요인을 고려할 수 있으나, 우선적으로 시스템의 CPU 부하와 설계된 수용 기지국 수 대비 현재 수용하고 있는 eNB의 수를 고려한다.

eNB(25)는 주기적인 heartbeat 메시지 전송과 서빙 MME의 응답을 통해서 일정 시간 동안 응답이 없는 경우에 서빙 MME1(61)의 장애를 감지할 수 있다. 또한, eNB(25)는 서빙 MME1,2(61,62)가 알려주는 부하정보를 바탕으로 서빙 MME1,2(61,62)의 부하도를 인지할 수 있다.

도2를 참조하여 제2 실시예에 따라 부하 분산을 위한 부하도 전달 절차를 살펴보면 다음과 같다.

MME(60)와 eNB(25) 간에는 상호 유기적으로 부하정보를 주고 받으므로, MME(60)에서 부하도가 높아지기 전에 eNB(25)는 호를 분산/분배할 수 있다.

시스템의 안정성을 고려하여 eNB(25)와 MME(60) 간 상호 유기적으로 전달할 수 있는 임계치를 설정해 놓는다. 임계치는 상용 환경에 따라서 변경될 수 있으며, MME(60)에서 설정한다. 일실시예로서, MME(60)는 시스템 부하에 따라 최대(maximum), 중간(middle), 최소(minimum) 값으로 부하도를 설정할 수 있다. 부하도는 0 ~ 255까지의 범위이며, 운영자에 따라서 변경될 수 있다.

만약 운영자에 의해서 설정된 과부하 임계치에 도달하였을 경우, 각 단계별로 MME(60)는 eNB(25)로 임계치에 대한 부하도를 전달한다. MME(60)에서 전달하는 임계치에 대한 부하도는 향후 eNB(60)에서 MME(60)에게 호를 분산 분배하는 기준값으로 사용된다

부하도는 MME(60)의 시스템 부하도와 연관성을 갖으며, 운영자가 시스템 부하도에 맞게 맵핑을 시켜준다. 예를 들어, CPU 80%일 경우 "maximum = 50", CPU 70일 경우 "middle = 100", CPU 60%일 경우 "minimum = 150" 등으로 맵핑시키고, CPU에 따라 맵핑된 값(부하도)은 MME 용량(capacity)으로 사용하며, 부하도 변경시 이 값을 eNB(25)로 전달하고, MME 자체에도 최종 값으로 갱신(update)된다.

부하도는 S1AP 프로토콜 메시지 내 MME Configuration Update 메시지를 통해 전달되며(201), 값이 변경될 때마다 동일 메시지를 통해 유기적으로 갱신된다. 부하도는 MME Configuration Update 메시지 내 Relative MME Capacity(weight factor) 값에 실려 전달된다. MME Capacity 값은 MME(60)와 eNB(25)에서 동일하게 사용되며, 이 값은 eNB(25)에서 호 인가시 MME(60) 간 분산처리의 기준으로 사용된다. MME(60)는 부하도가 상승하거나 하강하면 MME Configuration Update 메시지를 통해 변경된 값을 전달하여, MME(60)와 eNB(25) 간에 변경된 정보를 상호 유지한다(동기화). 또한, 부하도는 시스템 명령어에 의해서 변경될 경우에도 동일한 방식으로 상호 유지할 수 있다.

MME(60)의 Configuration Update 메시지에 따른 회신으로, eNB(25)는 MME Configuration Update Acknowledge 또는 Failure 메시지로 응답한다(202,203).

즉, MME Configuration Update 메시지가 성공하면, eNB(25)는 성공에 따른 MME Configuration Update Acknowledge 메시지를 MME(60)로 전달한다(202). 또한, MME Configuration Update 메시지가 실패하면, eNB(25)는 실패에 따른 MME Configuration Update Failure 메시지를 MME(60)로 전달한다(203). MME Configuration Update Failure 메시지를 수신하면, MME(60)는 Configuration Update 메시지를 eNB(25)로 재전송한다.

eNB(25)는 MME Configuration Update 메시지 내의 MME Capacity 값(즉, 부하도)에 따라 호를 분산/분배한다. 예컨대, eNB(25)는 MME1,2(61,62)의 부하도를 고려하여, 부하도가 큰 제1 MME(61)로는 호를 적게 인가시키고, 부하도가 작은 제2 MME(62)로는 호를 더 많이 인가시킨다.

Capacity 값은 MME(60)가 주체가 되어 관리하며, 항시 eNB(25)와 같게 유지를 한다. 분산/분배는 eNB(25)에서 진행하지만, 부하도를 조절하고 부하도에 따른 값을 전달하는 주체는 MME(60)가 된다. 즉, MME의 부하상태에 따라서 호가 분산/분배된다. 이와 같이 eNB(25)와 MME(60) 간에 Capacity 값을 정상적으로 Update하고 유지하게 되면 안정적인 시스템 내에서 호가 유입되록 할 수 있다. 즉, MME(60)로 유입되는 호에 대해서는 항시 안정적인 서비스를 할 수 있다

상기 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

10,20,30: 매크로 기지국 11~15,21~23,31~33: 초소형 기지국
40: 단말(UE) 50: SON 서버
60: MME 70: 관리 서버(O&M 서버)
80: S-GW(Serving Gateway) 90: P-GW(PDN Gateway)

Claims

기지국장치(eNB)의 부하 분산 방법으로서,
적어도 두 개의 기지국 제어 장치를 그룹핑하는 단계;
그룹핑된 장치의 부하도를 확인하는 단계; 및
상기 그룹핑된 장치로 전달되는 호를 상기 부하도를 고려하여 상기 그룹핑된 장치 간에 분산시키는 단계를 포함하는 부하 분산 방법.
제1항에 있어서,
상기 그룹핑된 장치는, 상기 기지국장치가 현재 연동된 서빙 장치인, 부하 분산 방법.
제1항에 있어서,
상기 그룹핑된 장치의 장애를 확인하는 단계; 및
상기 그룹핑된 장치 중 서빙 장치의 장애시 가용 장치로 절체하는 단계를 더 포함하는 부하 분산 방법.
제3항에 있어서,
상기 서빙 장치의 장애 복구시에 상기 가용 장치가 상기 기지국장치로 재밸런싱을 요청하는 단계를 더 포함하는 부하 분산 방법.
제3항에 있어서,
상기 기지국장치는, 등록수락 메시지를 가장 먼저 수신한 기지국 제어 장치를 상기 가용 장치로 결정하는, 부하 분산 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그룹핑된 장치는, MME(Mobility Management Entity)이고,
상기 부하도는, MME CONFIGURATION UPDATE 메시지를 이용하여 상기 MME에서 상기 eNB로 전송되어 상기 MME와 상기 eNB 간에 동기화되는, 부하 분산 방법.
이동통신 시스템으로서,
자신의 부하도를 주기적으로 전달하는 그룹핑된 적어도 두 개의 기지국 제어 장치(MME); 및
그룹핑된 MME의 부하도를 확인하고, 상기 그룹핑된 MME로 전달되는 호를 상기 부하도를 고려하여 상기 그룹핑된 MME 간에 분산시키는 기지국장치(eNB)를 포함하는 이동통신 시스템.
제7항에 있어서,
상기 그룹핑된 MME는, 상기 eNB가 현재 연동된 서빙 MME인, 이동통신 시스템.
제7항에 있어서,
상기 eNB는, 상기 그룹핑된 MME의 장애를 확인하고, 상기 그룹핑된 MME 중 서빙 MME의 장애시 가용 MME로 절체하는 기능을 더 구비하는, 이동통신 시스템.
제9항에 있어서,
상기 가용 MME는, 상기 서빙 MME의 장애 복구시에 상기 eNB로 재밸런싱을 요청하는, 이동통신 시스템.
제9항에 있어서,
상기 기지국장치는, 등록수락 메시지를 가장 먼저 수신한 MME를 상기 가용 MME로 결정하는, 이동통신 시스템.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부하도는, MME CONFIGURATION UPDATE 메시지를 이용하여 상기 MME에서 상기 eNB로 전송되어, 상기 MME와 상기 eNB 간에 동기화되는, 이동통신 시스템.