KR20160096321A - 이동 통신 시스템에서 효율적인 트래픽 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차세대 이동통신 시스템의 환경에서 트래픽 오프로딩 기법을 통해 과부하 발생 전에 미리 특정 룰이나 조건에 기반하여 유저 트래픽을 리다이렉트(Redirect)하여 네트워크 상의 기지국이나 EPC(Evolved Packet Core) 등의 과부하를 예방하도록 과부하 제어를 최적화함으로써 자원 활용 효율을 극대화할 수 있고 서비스 연속성을 보장하여 서비스 품질(QoS)를 개선하며 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 효율적인 트래픽 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

이동 통신 시스템에서 효율적인 트래픽 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Effective Traffic Control in Mobile Communication System}

본 발명은 이동 통신 시스템에서의 트래픽 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 이동 통신 시스템의 자원 활용 효율을 극대화하여 과부하 제어를 최적화함으로써 차세대 이동 통신 서비스의 품질(QoS)를 개선하고 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 효율적인 트래픽 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 들어 스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기의 등장으로 인해 데이터 트래픽이 폭발적으로 증가하고 있다. LTE 망을 이용하는 모바일 데이터 트래픽은 LTE 코어망인 EPC(Evolved Packet Core)를 거쳐 전달되기 때문에 모바일 데이터 트래픽 증가는 코어망의 트래픽 과부하를 발생시킨다. 차세대 이동통신 시스템에서는 이제까지의 통신과는 비교할 수 없을 정도의 시그날링과 트래픽 폭주가 예상되며, 특히, 무선 이동 통신 산업과 관련하여는 WLAN, WiFi, LTE, LTE-A 등의 시스템과 같이 용량 증대와 함께 고속/대용량의 데이터 통신에 적합한 시스템으로 진화하고, 트래픽 특성에 맞는 다양한 시스템 구축이 실현되어 언제 어디서든지 통신환경에 접속할 수 있는 중첩 셀이나 다양한 통신 운용자의 출현에 따른 중첩 시스템 형태의 무선 통신망 구축이 이루어진다. Cisco Visual Networking Index Global Mobile Data Forecast에 따르면 최근 들어 스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기와 스마트 TV의 등장으로 인해 데이터 트래픽이 폭발적으로 증가하고 있으며 이를 통한 트래픽 사용이 증가하여 2018년경에는 트래픽의 양이 2010년대비 약 1000 배 이상 증가할 것으로 예상되고 있으며 이는 곧 네트워크의 트래픽 과부하를 초래할 수 있음을 의미한다. 이와 같이 무선 통신망에서의 시그널링 및 트래픽 폭주로 인한 네트워크의 과부하가 발생하게 되면 더 이상의 서비스를 제공할 수 없는 상태가 된다. 이렇게 되면 기존에 서비스 중이던 모든 서비스가 단절되어 시스템의 서비스품질(QoS) 저하가 발생하게 된다.

종래의 이동통신 시스템에서 과부하 발생에 대한 처리 방안으로서, 네트워크에 대한 온-오프 기반의 과부하 제어 기법과 네트워크의 오프 상태 모드로 들어가기 직전에 서비스가 진행중인 트래픽에 대해서는 서비스의 연속성을 유지하기 위해서 반드시 핸드오버를 수행하는 방법 등이 있었다. 종래의 온-오프 기반의 과부하 제어 기법에서, 각 네트워크의 트래픽 분포를 고려하여 과부하 네트워크 이외의 네트워크가 일정 임계치 이하의 트래픽 만 갖는 경우에, 과부하 네트워크를 오프하는 방법을 통하여 트래픽을 제어하는 방식을 사용한다. 이때 중요한 점은 커버리지 홀(coverage hole)의 문제가 없어야 하며 이 문제를 해결해 주기 위한 커버리지 셀의 전력 소모 증가에 대한 트레이드오프를 반드시 고려해야 한다. 기존에는 이런 문제를 해결하는 방안으로 셀의 반경을 늘리거나 줄이는 Cell Breathing 기법과 주변 셀과의 협력통신(CoMP)으로 보완하지만 이러한 기술들은 각각 셀간의 간섭이 오히려 증가하거나 셀간 협력통신을 위한 셀간의 시그널링 및 트래픽의 순간적인 증대로 서비스의 연속성이나 QoS를 보장할 수 없는 경우가 발생할 수 있다.

그러나, 이러한 종래 방법들은 특정 셀이나 네트워크의 오프상태 시에 어떤 셀에도 접근할 수 없는 상태에 놓여지게 되는 현상인 HC(Hole Coverage) 문제로 연속성을 보장할 수 없는 문제가 발생하게 되거나 핸드오버 수행에 따른 시그널링 증대의 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 셀 반경을 확장하여 셀 경계지역에서 발생할 수 있는 HC 문제를 해결하는 방법들이 일부 연구에서 제안되기도 하였지만, 과부하 발생시 트래픽 제어하는 사후 제어 기법들에 관한 것들로서, 과부하 발생 전 트래픽 제어 기법이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 차세대 이동통신 시스템의 환경에서 트래픽 오프로딩 기법을 통해 과부하 발생 전에 미리 특정 룰이나 조건에 기반하여 유저 트래픽을 리다이렉트(Redirect)하여 네트워크 상의 기지국이나 EPC(Evolved Packet Core) 등의 과부하를 예방하도록 과부하 제어를 최적화함으로써 자원 활용 효율을 극대화할 수 있고 서비스 연속성을 보장하여 서비스 품질(QoS)를 개선하며 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 효율적인 트래픽 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 이동 통신 네트워크 상의 트래픽 제어 장치에서 트래픽 제어 방법은, 사용자 단말로부터 패킷을 수신하여 헤더 정보를 기초로 LIPA(Local IP Access) 오프로딩 방식, CN(Core Network)으로의 트래픽 처리 방식 및 SIPTO(Selected IP Traffic Offload) 오프로딩 방식 중 어느 하나의 트래픽 처리 방식을 결정하는 단계를 포함하고, 여기서, 상기 LIPA 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리가 가능한지 여부를 최우선적으로 결정하고, 다음에 상기 CN으로의 트래픽 처리 방식에 따른 트래픽 처리가 반드시 요구되는지 여부를 결정한 후, 상기 SIPTO 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리가 가능한지 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 LIPA 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리에서, 상기 패킷을 수신하는 로컬망 장치에 구비된 상기 트래픽 제어 장치에서 상기 CN을 거치지 않고 상기 로컬망 장치에 연결된 로컬망의 다른 장치 또는 외부 네트워크의 장치로 상기 패킷을 전송한다.

상기 CN으로의 트래픽 처리 방식에 따른 트래픽 처리에서, 오프로딩을 하지 않고 반드시 상기 CN으로의 전송이 필요한 상기 패킷을 상기 CN으로 전송한다.

상기 SIPTO 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리에서, 상기 패킷을 수신하는 매크로망, 로컬망, 또는 코어망의 장치에 구비된 상기 트래픽 제어 장치에서 코어망의 서버에 사전에 등록된 참조 정보를 더 참조해 리다이렉트 경로를 선택하여 해당 타겟 네트워크 장치로 상기 패킷을 전송한다.

상기 참조 정보는 SIPTO 오프로딩 가능 여부 정보, 네트워크의 부하 정보, 및 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 가중치 정보와 우선순위 정보를 포함한다. 상기 네트워크의 부하는 매크로 기지국 및 코어망의 트래픽 부하를 포함한다.

상기 SIPTO 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리에서, 상기 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 복수의 파라미터에 대한 가중치 정보와 그에 대응되는 각각의 우선순위 정보에 따라 사용자 단말들로부터의 수신 패킷들에 대하여 오프로딩 스코어를 계산하여, 스코어 순위에 따라 상기 패킷들에 대하여 SIPTO 오프로딩을 수행해 전송한다. 상기 복수의 파라미터는 통신 요금, 실시간성 패킷 여부, 또는 전송률을 포함한다.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 이동 통신 네트워크 상의 트래픽 제어 장치는, 사용자 단말로부터 패킷을 수신하여 헤더 정보를 기초로 LIPA(Local IP Access) 오프로딩 방식, CN(Core Network)으로의 트래픽 처리 방식 및 SIPTO(Selected IP Traffic Offload) 오프로딩 방식 중 어느 하나의 트래픽 처리 방식을 결정하는 트래픽 확인부; 및 상기 트래픽 확인부의 결정에 따라 해당 방식으로 트래픽을 처리하기 위한 LIPA 트래픽 처리부, CN 트래픽 처리부, 및 SIPTO 트래픽 처리부를 포함하고, 상기 트래픽 확인부는, 상기 LIPA 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리가 가능한지 여부를 최우선적으로 결정하고, 다음에 상기 CN으로의 트래픽 처리 방식에 따른 트래픽 처리가 반드시 요구되는지 여부를 결정한 후, 상기 SIPTO 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리가 가능한지 여부를 결정한다.

상기 LIPA 트래픽 처리부는, 상기 패킷을 수신하는 로컬망 장치에 구비된 상기 트래픽 제어 장치에서 상기 CN을 거치지 않고 상기 로컬망 장치에 연결된 로컬망의 다른 장치 또는 외부 네트워크의 장치로 상기 패킷을 전송한다.

상기 CN 트래픽 처리부는, 오프로딩을 하지 않고 반드시 상기 CN으로의 전송이 필요한 상기 패킷을 상기 CN으로 전송한다.

상기 SIPTO 트래픽 처리부는, 상기 패킷을 수신하는 매크로망, 로컬망, 또는 코어망의 장치에 구비된 상기 트래픽 제어 장치에서 코어망의 서버에 사전에 등록된 참조 정보를 더 참조해 리다이렉트 경로를 선택하여 해당 타겟 네트워크 장치로 상기 패킷을 전송한다.

상기 참조 정보는 SIPTO 오프로딩 가능 여부 정보, 네트워크의 부하 정보, 및 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 가중치 정보와 우선순위 정보를 포함한다. 상기 네트워크의 부하는 매크로 기지국 및 코어망의 트래픽 부하를 포함한다.

상기 SIPTO 트래픽 처리부는, 상기 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 복수의 파라미터에 대한 가중치 정보와 그에 대응되는 각각의 우선순위 정보에 따라 사용자 단말들로부터의 수신 패킷들에 대하여 오프로딩 스코어를 계산하여, 스코어 순위에 따라 상기 패킷들에 대하여 SIPTO 오프로딩을 수행해 전송한다.

상기 복수의 파라미터는 통신 요금, 실시간성 패킷 여부, 또는 전송률을 포함한다.

본 발명에 따른 차세대 이동통신 시스템 환경을 위한 효율적인 트래픽 제어 방법 및 장치에 따르면, 트래픽 오프로딩 기법을 통해 과부하 발생 전에 미리 특정 룰이나 조건에 기반하여 유저 트래픽을 리다이렉트(Redirect)하여 네트워크 상의 기지국이나 EPC(Evolved Packet Core) 등의 과부하를 예방할 수 있다. 예를 들어, LTE 망을 이용하는 모바일 데이터 트래픽은 LTE 코어망인 EPC(Evolved Packet Core)를 거쳐 전달되기 때문에 모바일 데이터 트래픽 증가는 코어망의 트래픽 과부하를 발생시킬 수 있는데, 본 발명에 따라 셀용량 증대 및 음영지역 해소를 위해 도입한 소형셀을 활용하여 코어망으로 가는 트래픽을 오프로딩하는 기술로써 LIPA(Local IP Access)/SIPTO(Selected IP Traffic Offload) 기법을 활용하여 트래픽이 EPC 를 통하지 않고 L-GW 등을 통해서 홈/기업(Home/Enterprise) 망 등 로컬망 또는 인터넷으로 바로 전달되어 시스템의 부하 분산을 통한 과부하 발생을 사전에 예방할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 LIPA/SIPTO 기반으로 코어망과 오프로딩에 따른 리다이렉트 대상 로컬망 또는 인터넷의 부하, 및 오프로딩 선호도 등에 따른 오프로딩 기법을 통해, Cost(요금), Delay(실시간성 여부), Bandwidth(전송률) 선호도와 트래픽 우선순위 등을 고려하여, 각 트래픽별로 오프로딩 점수(S= Pc *Wc + Pd * Wd + Pr * Wr)를 구하여 점수가 높은 트래픽부터 오프로딩을 수행한다. 이렇게 함으로써 코어망을 경유하여 통신하는 트래픽의 유형과 기능에 따라서 분류하여 최적의 트래픽 경로를 제공하여 네트워크의 과부하를 완화하고 트래픽 처리 효율도 향상시켜 주어 핸드오버를 수행하지 않고도 서비스 연속성을 제공할 수 있도록 하여, 시스템의 서비스 품질(QoS)을 개선하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트래픽 오프로딩 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LIPA/SIPTO 기능을 실현하는 이동통신 시스템 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템에서의 트래픽 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트래픽 오프로딩 기법의 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 1과 같이, 차세대 이동통신 시스템은, 사용자 단말(UE)이 매크로셀에서 매크로 기지국(eNB)의 중계에 따라 백홀(backhaul)이나 인터넷을 통하여 통신 사업자의 코어망 상의 서버에 접속하여 이동 통신 서비스를 제공받을 수 있도록 할 뿐만 아니라, 사용자 단말(UE)이 홈/기업(Home/Enterprise) 망 등 로컬망에서 홈 기지국(H(e)NB)의 중계에 따라 백홀(backhaul)이나 인터넷을 통하여 통신 사업자의 코어망 상의 서버에 접속하여 이동 통신 서비스를 제공받을 수 있도록 지원한다. 사용자 단말(UE)은 스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기를 포함하며, 이외에도 위와 같은 매크로 기지국(eNB)이나 홈 기지국(H(e)NB)의 중계에 따라 WCDMA, LTE, WiFi, WiBro 등의 프로토콜에 따른 이동 통신이 가능한 데스크탑 PC, 노트북 PC 기타 다양한 전자 장치를 포함할 수 있다.

차세대 이동통신 시스템은, 성능과 용량증대를 위한 기술개발에 따라 고속의 데이터 전송이 가능하고 IP(Internet Protocol) 기반의 서비스가 가능한 통신 시스템으로서, 고속 전송(High data rate), 낮은 지연(Low latency), 그리고 패킷 최적화된(Packet-optimized) 무선 접속 기술을 지향하고 사용자에게 저렴한 요금으로 초고속 광대역 기반의 이동형 멀티미디어 패킷 서비스를 제공한다. 차세대 이동통신 서비스에서는 스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기의 등장으로 인해 데이터 트래픽이 폭발적으로 증가될 전망이다. 이동 통신 서비스를 위한 사용자 단말(UE)의 데이터 트래픽은 LTE(Long Term Evolution) 코어망인 EPC(Evolved Packet Core) 등 통신 사업자의 코어망을 거쳐 전달되기 때문에 모바일 데이터 트래픽 증가는 코어망의 트래픽 과부하를 발생시킨다.

따라서, 본 발명에서는, 셀용량 증대 및 음영지역 해소를 위해 도입한 펨토셀, 소형셀 등을 활용하여 코어망으로 가는 트래픽을 오프로딩하는 기술을 이용하여 시스템의 부하 분산을 통한 과부하 발생을 사전에 예방할 수 있도록 하였다. 즉, 본 발명에서는, LIPA(Local IP Access)/SIPTO(Selected IP Traffic Offload) 기반으로 EPC 등 코어망의 부하와 오프로딩에 따른 리다이렉트될 홈/기업(Home/Enterprise) 망 등 로컬망이나 인터넷의 부하, 및 오프로딩 선호도에 따른 오프로딩 기법을 통해, EPC 를 통하지 않고 H(e)NB 등의 L-GW(Local Gateway) 등을 통해서 트래픽이 홈/기업 망 또는 인터넷으로 바로 전달되도록 리다이렉트함으로써, 시스템의 부하 분산을 통한 과부하 발생을 사전에 예방할 수 있도록 하였다. 또한, 이에 따라 가급적 핸드오버를 수행하지 않고도 서비스 연속성을 제공할 수 있으며, 핸드오버를 수행할 때 발생하는 시그널링의 증대와 트래픽의 폭주를 방지할 수 있으며 무선자원의 효율적인 사용을 통하여 서비스의 연속성을 보장하고 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

오프로딩 기법은, 도 1과 같이, 다양한 형태를 가질 수 있으며, 사용자 단말(UE)의 위치, 매크로 기지국(eNB)이나 홈 기지국(H(e)NB)에서의 제어 방법, 네트워크 구성 방법 등에 따라 형태를 달리할 수 있으며, 이런 형태들의 조합으로 이동 통신 서비스가 다양하게 제공될 수 있다. 특히, 무엇보다도 차세대 이동통신 시스템은 동일 시스템이나 HetNet(Heterogeneous Networks)의 중첩된 셀 환경에서 운용되기 때문에 과부하 제어차원에서 서로 다른 시스템 또는 동일 시스템의 네트워크간의 정보교환으로 부하가 상당히 많은, 즉, 과부하 네트워크에 대해서는 과부하를 회피하기 위한 시스템의 운용 방법 기술에 대한 연구가 필요하다. 지금까지는 이러한 기법에 대해서 많은 제안들이 있어 왔으나 초기 수준의 과부하 제어기술로서 상용화를 위해서는 여러 가지 문제점들을 고려하고 보완해야 효과적인 결과를 도출할 수 있는 수준이다.

본 발명에서는 시스템의 이동 통신 서비스 품질을 향상하여 서비스의 연속성 보장을 위한 네트워크의 과부하 제어를 위한 효율적인 제어 방법에 대해서 제안하고자 한다. 오프로딩 기법을 활용하면 시그날링이나 트래픽의 부하분산 측면에서 아주 유용할 뿐 아니라 이 특성을 이동통신 시스템의 과부하 제어 방식에도 적극 활용하여 이동통신 시스템의 과부로 인한 문제점을 사전에 예방하고 시스템 성능을 개선하는 효과를 가져올 수 있다. 오프로딩 기법으로서 LIPA, SIPTO, IFOM (IP Flow Mobility) 기법 등 다양한 방법이 적용될 수 있고, 본 발명에서는 주로 오프로딩의 효과가 크다고 보여지는 LIPA와 SIPTO 기법을 활용한 효율적인 트레픽 제어에 대해서 기술하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LIPA/SIPTO 기능을 실현하는 이동통신 시스템 환경을 설명하기 위한 도면이다.

LTE 등 이동통신 서비스를 위한 올(all) IP 기반의 고속 대용량 데이터 처리는 패킷 데이터 망의 부하증가를 의미한다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 이러한 문제를 해결하기 위해서 데이터 오프로딩(data offloading)를 정의하였으며, 데이터 오프로딩은 3GPP Rel-10에서 도입되었다. 이동통신 서비스를 위한 IP 데이터의 급격한 증가는 네트워크의 폭주를 야기하게 된다. 소설네트워킹, 미디어공유, 테블릿과 같은 공유공간에서 혁신적인 어플리케이션(Innovative applications)들은 거대한 량의 데이터를 사용하게 된다. 이동통신 서비스를 위한 데이터 사용량의 급격한 증가는 셀룰라 네트워크의 용량 한계치에 거의 도달한 상항에서 운용이 되는 오버로드 문제점을 야기하며 이를 해결하기 위해서 네트워크 사업자들은 꾸준히 아이디어와 방법을 찾고 있다. 여러 가지 방안 중의 하나가 특정 룰이나 조건에 기반한 유저의 일부 데이터의 지능적인(Intelligently) 리다이렉트(redirect)를 활용하는 데이터 오프로딩 기법이 있으며 이는 오버로딩을 극복하고 성능을 개선하는 효과를 가져온다.

초기에 셀룰라 네트워크에서 데이터 오프로딩은 대부분의 경우에 타겟 네트워크가 다른 프로토콜을 사용하는 WiFi 네트워크(IEEE802.11 계열의 프로토콜을 사용)를 이용하였기 때문에, 오프로딩을 위해 3GPP 망에 접속하기 위해서 복잡도가 높아지는 등의 많은 제약사항이 있었다. 최근에 다시 관심을 갖게 되었으며 3GPP에서는 매크로 셀과 유사한 개념의 펨토셀 등을 공식적으로 정의하였다. 펨토셀 등은 WiFi(Wireless Fidelity)와 유사하지만 장점이 많다.

데이터 오프로딩을 적용하지 않는 경우, 사용자 단말이(UE)이 백홀(backhaul)이나 인터넷을 통하여, EPC 등 코어망 상의 MME(Mobility Management Entity), SGW(Serving Gateway), PGW(PDN Gateway), PCRF(Policy and Charging Rules Function), HSS(Home Subscriber Server) 등의 제어 신호(예, S5, S6a, S11, SGi, Rx, Gx 등)에 따라, 코어망 상의 서비스 서버에 접속함으로써, 코어망에 접속하려는 IP 데이터 트래픽의 폭주가 야기되지만, 펨토셀, 소형셀 등을 이용한 데이터 오프로딩 기법에 의해 데이터 전송률을 높이기 때문에 EPC에서의 데이터 수용량이 잠재적으로 증대될 것이다. 3GPP에서 LIPA와 SIPTO는 LIPA_SIPTO 워크 아이템(Work item)에서 다루어지고 있다.

LIPA(Local IP Access)는 홈/기업(Home/Enterprise) 망 등 로컬망(210)에서 홈 기지국(H(e)NB)에 접속된 사용자 단말(UE)이, 매크로 셀을 경유하지 않고 동일한 H(e)NB에 연결된 로컬 네트워크 장치(예, 다른 홈기지국, 펨토셀 기지국, 게이트웨이, 서버 등)로 데이터를 전달하는 방법을 이용한다. 또한, LIPA는 사용자 단말(UE)을 로컬 네트워크에 연결된 임의의 외부 네트워크 장치(예, 인터넷, EPC 등 코어망(220), 게이트웨이, 서버 등)로 연결하는 기능도 수행한다. 사용자 단말(UE)과의 연결 설정의 등록과 PDN(Packet Data Network) 설정 시그널링 등은 사용자 단말(UE)이 선택한 PLMN(Public Land Mobile Network)에서 이루어진다. 이와 같은 LIPA 기능은 H(e)NB 등 RAN(Radio Access Network) 노드(211)에서 수행 가능하고 매크로셀에서는 이루어지지 않는다. 트래픽 오프로딩은 APN(Access Point Network)과 CSG(Closed Subscriber Group) 단위로 이루어진다. LIPA는 3GPP Rel.9에서 도입되었으며, 그 기능 실현을 위한 시스템 구조와 Rel.10, Rel.11 등 활동에 계속 워킹 활동이 진행되고 있다. 전형적인 예로서, IP(Internet Protocol) 기반 무선 네트워크 상의 Laptops(노트북PC, 테블릿 PC 등), Tablets, Printers, Servers, Video Conferencing Unit와 인터넷 상의 IP 기반 전화가 연결되었을 때, 네트워크는 이들을 모두 연결하기 위해서 홈/기업망 등 사설(Private)망의 게이트웨이를 사용하여 구축할 수 있다. 만일, 사용자가 Laptop으로부터 프린트 하기를 원한다면, LIPA는 내부적으로 프리터를 요청하는 라우팅을 지원할 수 있다. 또한, 이메일도 사설 게이트웨이 등을 통해서 직접 전송할 수 있다.

SIPTO(Selected IP Traffic Offload)는 시스템 부하를 줄이기 위하여, H(e)NB 등 RAN 노드(211), 셀룰러(Cellular) 네트워크 상의 기지국(eNB), 코어망의 장치 등 네트워크 상의 장치에서의 사용자 단말(UE)의 IP 트래픽 점유를, 사용자 단말(UE)에 보다 가까운 다른 H(e)NB나 다른 게이트웨이 등 타겟 네트워크 장치(예, 다른 홈기지국, 게이트웨이, 펨토셀 기지국, 서버 등)로 데이터를 전달하는 방법을 이용한다. SIPTO는 일반적으로 사용자 단말(UE)의 이동성(mobility)에 의해서 발생되지만 트래픽의 집중과 또는 네트워크의 운용 규정(Rule)에 따라서도 발생될 수 있다. SIPTO는 3GPP Rel.10에서 도입되었다. 예를 들어, 공연장에서 통신 사업자는 공연장에서 발생하는 일부 또는 모든 트래픽을 로컬 게이트웨이 등 타겟 네트워크 장치로 오프로드하기 위하여, 선택적으로 처리함으로써 잠재적인 네트워크 트래픽의 오버로드를 피할 수 있으며 사용자는 보다 고품질의 서비스를 받을 수 있다.

LIPA는 사설망에서만 가능하지만 SIPTO는 사설망뿐만 아니라 매크로망에서도 적용 가능하다. 3GPP는 Breakout 관점에서 크게 2가지 아키텍처(Architecture) 유형으로 구분한다. LIPA/SIPTO 관점에서 Breakout은 데이터 오프로딩이 발생하는 지점을 의미한다. Breakout은, LIPA와 SIPTO가 커버링하는 경우 홈망/기업망 등 사설망(Private network)(장치)이 될 수 있고, 또한 매크로셀의 SIPTO와 몇몇 펨토셀의 SIPTO가 커버링하는 경우 RAN 노드(211)나 RAN 상위 노드 등 로컬망 또는 코어망의 장치가 될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템에서의 트래픽 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 즉, 이하에서 네트워크 상의 매크로셀의 기지국 eNB, 홈기지국 H(e)NB 등 RAN 노드(211)와 같은 로컬망(또는 사설망)의 장치, 또는 EPC 등 코어망의 장치에 구비되는 본 발명의 일실시예에 따른 오프로딩을 수행하는 트래픽 제어 장치가, 오프로딩 기법에 따라 오프로딩 여부를 판단하고 처리하는 알고리즘을 설명한다. 도 4와 같이, 네트워크 상의 트래픽 제어 장치(400)는 트래픽 확인부(410), LIPA 트래픽 처리부(420), CN 트래픽 처리부(430), SIPTO 트래픽 처리부(440)를 포함할 수 있다.

먼저, 트래픽 확인부(410)는 사용자 단말(UE)로부터 수신되는 패킷이 있는지 여부를 주기적으로 체크하며(S110), 수신된 패킷이 있으면 수신된 패킷의 목적지 IP 주소, 트래픽 유형, 기능 정보 등 패킷 헤더 정보를 기초로 소정의 정책에 따라 LIPA 오프로딩 방식, CN(Core Network코어망)으로의 트래픽 처리 방식, 또는 SIPTO 오프로딩 방식 중 어느 방식으로 트래픽을 처리할지 해당 방식을 결정한다(S111).

본 발명은, 사용자 단말(UE)로부터 수신되는 패킷을 가급적이면 코어망을 경유하지 않고 홈/기업 망 등 로컬망 또는 인터넷으로 바로 전달되도록 트래픽을 처리함으로써, 코어망에 접속을 위한 폭주하는 IP 데이터 패킷에 의한 네트워크(HeNB나 EPC 등)의 오버로드(부하)를 줄이는 것이기 때문에, H(e)NB 등 RAN 노드(211)의 트래픽 확인부(410)는 사용자 단말(UE)로부터 수신되는 패킷에 대하여 LIPA 트래픽 처리 방식을 사용하여 트래픽을 처리하여야 하는지 여부를 우선적으로 판단한다(S120). 예를 들어, 트래픽 확인부(410)가 우선적으로 패킷 헤더 정보에 따라 LIPA 오프로딩 방식으로 트래픽 처리가 가능하다고 판단하면, LIPA 트래픽 처리부(420)는 H(e)NB 등 RAN 노드(211)에서 로컬 네트워크 장치(예, 다른 홈기지국, 펨토셀 기지국, 게이트웨이, 서버 등)나 RAN 노드(211)에 연결된 임의의 외부 네트워크 장치(예, 인터넷, EPC 등 코어망(220), 게이트웨이, 서버 등)로 수신 패킷을 전달하는 LIPA 오프로딩 방식에 의한 트래픽 처리를 수행한다(S121). 이와 같은 LIPA 오프로딩 방식에 의한 트래픽 처리는, 홈/기업망 등 사설망의 장치를 목적지로 하는 트래픽을 코어망을 경유하여 전달하지 않고 직접 전달함으로써 네트워크의 부하를 줄일 수 있다. LIPA 오프로딩 방식에 의해 전송되는 패킷은, 매크로셀 등 셀룰러 네트워크 엘리먼트(Elements)를 경유하지 않으며, 위와 같은 사설망의 장치를 거쳐 사설망의 다른 장치나 공중 인터넷(Public Internet) 상의 장치를 목적지로 한다.

다음에, 트래픽 확인부(410)가 패킷 헤더 정보에 따라 CN 트래픽 처리 방식으로 트래픽 처리에 해당하는 것으로 판단하면(S130), CN 트래픽 처리부(430)는 EPC 등 코어망의 목적지 장치로 수신 패킷이 전달되도록 트래픽 처리를 수행한다(S131). 이동통신 시스템에서 일반적으로 대부분의 트래픽은 코어망을 통해서 초기값이 설정되어 등록되고 있으며, 반드시 코어망으로 전달되어야 하는 트래픽에 대해서는 반드시 코어망을 경유하도록 트래픽을 처리해야 한다. 즉, 초기 접속 시 발생하는 트래픽이나 IMS(IP Multimedia Subsystem) 망으로 가는 트래픽, 소스/목적지 IP 주소가 코어망의 장치인 트래픽은 오프로딩하지 않고 꼭 코어망으로 가야하므로, 일단, 오로지 CN으로의 트래픽인지 여부를 체크하여 만약에 반드시 코어망으로 가야하는 트래픽이 있다면 기존의 일반적인 절차에 따라서 코어망으로의 트래픽 처리를 수행한다.

위와 같이 LIPA 오프로딩, CN으로의 트래픽 처리를 우선 처리하게 되고, 트래픽 확인부(410)는 패킷 헤더 정보와 하기의 참조 정보 등에 따라 다른 나머지 트래픽에 대하여 SIPTO 오프로딩 방식으로 수신 패킷을 처리할지 여부를 판단하며(S140), SIPTO 오프로딩 처리가 가능한 경우 SIPTO 트래픽 처리부(440)는 H(e)NB 등 RAN 노드(211)에서 사용자 단말(UE)에 가장 가까운 다른 타겟 네트워크 장치(예, 다른 홈기지국, 게이트웨이, 펨토셀 기지국, 인터넷 서버 등)로 리다이렉트하여 수신 패킷들을 전달하는 SIPTO 오프로딩 방식에 의해 HeNB나 EPC에서 Breakout할 수 있도록 트래픽 처리를 수행한다(S141~S145).

트래픽 확인부(410)는 코어망의 HSS, HeMS(HeNB Management System), OAM(Operations, Administration, Maintenance) 등의 서버에 사전에 등록된 참조 정보를 언제든지 참조하여 SIPTO 오프로딩 방식으로 트래픽을 처리할지 여부를 판단할 수 있다(S140). 사전에 서버에 등록된 참조 정보로서 SIPTO 오프로딩 가능 여부 정보, 네트워크(매크로 기지국(eNB)이나 EPC 등 코어망)의 부하 정보, 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 가중치(Weighting) 정보, 우선순위 정보 등이 포함될 수 있다.

SIPTO 오프로딩에 따라, 네트워크의 Logically(논리적)으로나 Topologically(토플로지)적으로 구성된 구조에 따라 다양한 경로를 선택하여 트래픽을 처리할 수 있다. 그러나, 트래픽 확인부(410)가 이와 같은 참조 정보에 따라 SIPTO 오프로딩 가능 여부를 확인하여(S140), SIPTO 오프로딩이 불가능하다고 판단된 구조이거나 순간적으로 SIPTO오프로딩 경로를 설정할 수 없다면, 수신된 트래픽들에 대해서는 서비스를 처리하지 않으면 안되기 때문에 부득이 코어망을 통한 트래픽 처리를 결정하고, CN 트래픽 처리부(430)가 EPC 등 코어망의 목적지 장치로 수신 패킷들이 전달되도록 트래픽 처리를 수행한다(S131).

트래픽 확인부(410)가 이와 같은 참조 정보에 따라 SIPTO 오프로딩 가능 여부를 확인하여 SIPTO 오프로딩이 가능하다고 판단하면(S140), SIPTO 트래픽 처리부(440)는 먼저 오프로딩 목적에 따른 소정의 오프로딩 정책에 따라 네트워크의 부하(트래픽 부하) 정보, 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 가중치(Weighting) 정보, 우선순위 정보 등을 참조하여, 사용자 단말들의 패킷들에 대하여 최우선적으로 처리할 SIPTO 오프로딩 대상 패킷을 선정하고 SIPTO를 위한 최적의 리다이렉트 경로를 선택하여 수신 패킷에 대한 트래픽 처리를 수행하고, 모든 나머지 트래픽에 대해서도 SIPTO 오프로딩을 수행한다(S141~S145).

예를 들어, 사용자의 선호도에 따라 통신 요금 절약이 목적일 때는 무료데이터 소진량이 큰 사용자의 트래픽을 우선순위로 오프로딩을 하는 정책을 정할 수 있고, 코어망 부하 분산이 목적일 때는 로컬망에서 발생하는 트래픽을 오프로딩하는 것을 정책으로 정할 수 있으며, 이러한 것들을 최종적으로 종합하여 판단한 후 SIPTO를 위한 오프로딩 경로를 선택하여 처리하고 모든 나머지 트래픽에 대해서도 SIPTO 오프로딩을 수행할 수 있도록 한다.

이를 위하여, SIPTO 트래픽 처리부(440)는 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 가중치(Weighting) 정보와 우선순위 정보 등을 확인하여(S141), 이를 반영한 오프로딩 스코어(S)를 [수학식1]과 같이 계산한다(S142).

[수학식1]

S= Pc*Wc + Pd*Wd + Pr*Wr

SIPTO 트래픽 처리부(440)는 통신 요금에 대한 가중치(Wc), 소정의 정책에 따라 구분될 수 있는 실시간성 패킷 여부(또는 딜레이 가능 여부)에 대한 가중치(Wd), 전송률(Bandwidth)에 대한 가중치(Wr) 등 사용자별 오프로딩 선호도에 따른 복수의 파라미터에 대한 가중치 정보와, 각 선호도 기준에 따라 정해진 통신 요금에 대한 트래픽 우선순위(Pc), 실시간성 패킷 여부에 대한 트래픽 우선순위(Pd), 전송률에 대한 트래픽 우선순위(Pr) 등 우선순위 정보에 따라 가중치가 높고 우선순위가 높은 패킷에 높은 오프로딩 스코어(S)를 준다. 여기서 정의하는 가중치나 우선순위는 시스템의 현재 상태등을 고려하여 망 운용자가 사용자 단말(UE)의 가입자 정보 등에 기초한 소정의 구분 등급에 따라서 언제든지 다양하게 조정될 수 있다.

이와 같이 오프로딩 스코어(S)를 계산 후, SIPTO 트래픽 처리부(440)는 오프로딩 스코어(S)가 높은 패킷부터 SIPTO 오프로딩에 따른 트래픽 처리를 수행하고(S143), 모든 나머지 트래픽에 대해서 SIPTO 오프로딩을 수행한다(S144). 이와 같은 오프로딩 스코어(S)에 따른 SIPTO 오프로딩 처리는 네트워크의 부하가 임계치 이하일 때 수행될 수 있으며, 네트워크의 부하가 임계치를 초과하면 네트워크 구분없이 로컬망에서 발생하는 트래픽을 SIPTO 오프로딩에 따라 트래픽 처리를 수행하도록 하는 것도 가능하다.

이와 같이 코어망을 경유하여 통신하는 트래픽의 유형과 기능에 따라서 분류하여 최적의 트래픽 경로를 제공하여주는 LIPA/SIPTO 기반 오프로딩 기술을 적용함으로써, 네트워크의 과부하를 완화하여 트래픽 처리 효율도 향상 시켜주어 시스템의 서비스 품질(QoS)을 개선하는 효과를 가져올 수 있다.

위와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 상의 트래픽 제어 장치(400)에서의 LIPA/SIPTO 기반 오프로딩 알고리즘에 따른 트래픽 제어를 위한 위와 같은 구성 요소들이나 그 기능 등은 하드웨어(예, 반도체 프로세서), 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 위와 같은 구성 요소들이나 그 기능 등은 하나 이상의 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행되는 경우 컴퓨터 또는 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터 또는 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

로컬망(210)
RAN(Radio Access Network) 노드(211)
코어망(220)
LIPA(Local IP Access)
SIPTO(Selected IP Traffic Offload)
트래픽 제어 장치(400)
트래픽 확인부(410)
LIPA 트래픽 처리부(420)
CN 트래픽 처리부(430)
SIPTO 트래픽 처리부(440)

Claims (1)

1. 이동 통신 네트워크 상의 트래픽 제어 장치에서 트래픽 제어 방법에 있어서,
   사용자 단말로부터 패킷을 수신하여 헤더 정보를 기초로 LIPA(Local IP Access) 오프로딩 방식, CN(Core Network)으로의 트래픽 처리 방식 및 SIPTO(Selected IP Traffic Offload) 오프로딩 방식 중 어느 하나의 트래픽 처리 방식을 결정하는 단계를 포함하고,
   여기서, 상기 LIPA 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리가 가능한지 여부를 최우선적으로 결정하고, 다음에 상기 CN으로의 트래픽 처리 방식에 따른 트래픽 처리가 반드시 요구되는지 여부를 결정한 후, 상기 SIPTO 오프로딩 방식에 따른 트래픽 처리가 가능한지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 트래픽 제어 방법.

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