KR20170008693A - Sdn 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트래픽의 부하를 줄이기 위하여 데이터 오프로딩을 수행하면서도 사업자의 과금 처리가 가능한 SDN(Software Defined Network)네트워크 환경에서의 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로써, 트래픽 수신부, 스위칭부, EPC부를 포함할 수 있으며, 하나의 EPC 내부에서 사용자 트래픽에 대한 과금을 처리하면서 동시에 데이터 오프로딩 기술을 사용할 수 있으며, EPC 내부에서 발생하는 통신에서 사용자 트래픽이 EPC를 통과하지 않기 때문에 사업자는 네트워크 자원을 효율적으로 사용할 수 있고, 그 만큼 EPC 내부의 부하가 감소하기 때문에 EPC의 수용 능력이 증가하며, 사용자 또는 서버-클라이언트 간의 통신이 최적 경로 상에서 이루어지기 때문에 불필요한 지연을 줄일 수 있으며, 기존 네트워크의 변경 없이 이동 통신 네트워크의 종류와 데이터 오프로딩 방법과 무관하게 적용할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템 및 그 방법{Data offloading charging processing system based on SDN and method therefor}

본 발명은 이동 통신 네트워크 환경에서 사업자가 사용자에게 과금을 처리하기 위한 시스템 및 그 방법에 대한 것으로, 더 자세하게는 트래픽의 부하를 줄이기 위하여 데이터 오프로딩을 수행하면서도 사업자의 과금 처리가 가능한 SDN(Software Defined Network)네트워크 환경에서의 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.

이동 통신 네트워크는 사용자가 단말기를 통해 음성이나 영상, 데이터를 장소를 이동 중인 경우에도 통신할 수 있도록 하는 통신 체계이다.

이동 통신 네트워크는 전송속도와 통신방식에 따라 각 세대로 분류할 수 있으며, 현재 3G (CDMA: Code Division Multiple Access)와 4G (LTE: Long Tern Evolution) 기술이 사용되고 있으며 초당 기가급 (Gbps) 전송을 지원하는 5G 기술이 연구 중이다.

이동 통신 네트워크에서 사업자 네트워크의 유무선 네트워크의 부하를 분산시키는 대표적인 기술로 데이터 오프로딩 기술이 있다.

데이터 오프로딩 기술을 적용하면 무선 또는 코어 네트워크 자원을 효율적으로 운영할 수 있기 때문에 CAPEX 및 OPEX를 감소시키는 장점이 있으며, 이를 위해 많은 통신 사업자들이 인프라뿐만 아니라 대역폭, 사용자 요구사항, 정책 및 과금, QoS (Quality of Service)를 고려하여 최적의 오프로딩 방법을 선택하여 적용할 수 있다.

그러나 일반적인 데이터 오프로딩 기술을 적용하면 사업자가 사용자 트래픽에 대한 정보를 얻고 과금을 처리할 수 없는 제약이 존재한다.

본 발명은 이동 통신 네트워크에서 두 사용자 또는 서버-클라이언트 형태의 연결이 하나의 사업자 코어 네트워크에 속할 때 사용자 트래픽 경로에 대한 데이터 오프로딩 기술을 적용하여 네트워크 자원에 대한 효율성을 높이면서 사용자 간 지연을 줄이고, SDN 기술을 기반으로 사용자 트래픽에 대한 정보를 사업자 코어 네트워크로 전달하여 사업자가 사용자에 대한 과금을 처리할 수 있는 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템은 적어도 하나의 기지국으로부터 트래픽을 수신하는 트래픽 수신부; 상기 수신한 트래픽을 제어 평면과 전송 평면의 데이터로 구별하여, 상기 제어 평면에 포함된 사용자 트래픽 정보를 PGW로 송신하고, 상기 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보를 전송 대상 기지국으로 송신하는 스위칭부; 및 PGW를 포함하며, 상기 PGW는 상기 사용자 트래픽 정보를 이용하여 해당 사용자에 과금처리를 수행하는 EPC부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 하나의 EPC 내부에서 사용자 트래픽에 대한 과금을 처리하면서 동시에 데이터 오프로딩 기술을 사용할 수 있으며, EPC 내부에서 발생하는 통신에서 사용자 트래픽의 전체 패킷이 EPC를 통과하지 않기 때문에 사업자는 네트워크 자원을 효율적으로 사용할 수 있고, 그 만큼 EPC 내부의 부하가 감소하기 때문에 EPC의 수용 능력이 증가하며, 사용자 또는 서버-클라이언트 간의 통신이 최적 경로 상에서 이루어지기 때문에 불필요한 지연을 줄일 수 있으며, 기존 네트워크의 변경 없이 이동 통신 네트워크의 종류와 데이터 오프로딩 방법과 무관하게 적용할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 이동 통신 네트워크의 예로써 LTE 네트워크의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템 및 그 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 종래의 LTE 네트워크의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면 종래의 이동 통신 네트워크의 예로써 LTE 네트워크의 기본 구조가 나타나 있다.

도 1에 나타난 LTE 네트워크는 아래와 같은 구성요소를 포함할 수 있다.

UE(User Equipment): 음성 또는 데이터 통신이 가능한 사용자 단말을 칭한다.

eNB(Evolved Node B): UE와 LTE 네트워크를 무선으로 연결하는 장비로써 일반적으로 기지국을 칭한다.

SGW(Service Gateway): eNB 간의 핸드오버에 대한 anchoring point 역할을 수행한다.

PGW(PDN Gateway): UE를 외부 PDN 망 (Packet Data Network = Public IP Network)과 연결하는 장비로써, UE의 접속 절차를 통해 IP 할당, SGW 간 스위칭, UE에 따라 QoS 적용 및 과금 관련 데이터(접속 이력 및 사용량)를 관리한다.

MME(Mobility Management Entity): 사용자 인증 및 로밍 기능 제공, 가입자의 상태 관리, EPC bearer를 관리한다.

PCRF(Policy and Charging Rule Function): UE에 따라 정책 및 과금에 대한 규칙 정의하는 장비로써, PGW로 해당 정보를 전달하고 PGW에서 UE에 대한 제어(QoS 및 과금)를 수행한다.

EPC(Evolved Packet Core): LTE 망의 코어 네트워크를 의미하며 MME, SGW, PGW, HSS(Home Subscriber Server) 등을 포함한다.

EPC bearer: UE-eNB-SGW-PGW 구간에 생성되는 논리적인 터널로써, GTP(GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol) 터널을 의미하며 사용자 트래픽이 전달되는 경로이다.

백홀(Backhaul): 유무선 구간의 트래픽을 한 곳에 모아서 백본망에 전달하는 장비 또는 환경으로, L2 or L3 network를 의미할 수 있으며, 백홀은 access 구간과 aggregation 구간으로 분리될 수 있다.

도 1을 참조하면 UE A와 UE B는 하나의 eNB A에 속해 있으며, UE A와 UE B, UE C는 동일한 EPC 네트워크의 관리 범위에 속할 수 있다.

이때 네트워크 자원 사용에 대한 효율성을 고려할 때 UE A와 UE B의 통신을 위한 최적의 경로는 UE A - eNB A - UE B 이지만 실제 사업자의 네트워크에서 사용자의 트래픽은 구조상 UE A - eNB A - L2 or L3 network - SGW - PGW - SGW - L2 or L3 network - eNB A - UE B 경로로 전달된다.

마찬가지로 UE A와 UE C가 서로 다른 기지국에 접속된 경우에도 트래픽은 UE A - eNB A - L2 or L3 network - SGW - PGW - SGW - L2 or L3 network - eNB B - UE C의 경로를 통해 전달된다.

이러한 비효율적인 트래픽 전달문제가 발생하는 이유는 사용자 트래픽에 대한 과금 처리를 PGW에서 수행하기 때문이며, 따라서 동일한 EPC 또는 eNB 내의 트래픽 전달도 PGW를 거치는 경로를 사용하기 때문에 EPC로 부하가 집중되고 전체 사업자 네트워크 자원을 비효율적으로 사용될 수 밖에 없다.

도 1에서 UE A가 일종의 서비스를 제공하는 서버 팜일 경우에도 동일한 문제점이 발생된다.

즉, UE B, UE C가 UE A에 위치하는 서버로부터 컨텐츠 서비스를 제공받는다면 서버와 클라이언트 간의 모든 트래픽이 사업자 코어 네트워크를 거치는 경로로 전달되며, 만약 데이터 오프로딩 기술을 적용하여 때 UE A와 UE B의 통신 경로를 UE A - eNB A - UE B 또는 UE A - eNB A - L2 or L3 network - eNB A - UE B의 경로를 사용할 수 있지만, 기존 네트워크에서는 사업자가 사용자 트래픽에 대한 정보를 얻고 과금을 처리할 수 없는 문제가 발생한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템(1000)의 구성도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템(1000)는 종래의 종래의 이동 통신 네트워크의 기본 구조에서 데이터 오프로딩을 적용하였을 때 발생할 수 있는 문제점을 해결하고자 하는 시스템으로써, 트래픽 수신부(100), 스위칭부(200), EPC부(300)를 포함할 수 있다.

SDN 네트워크는 네트워크 장비의 전송 평면 (data plane)과 제어 평면 (control plane)을 분리하는 기술로써, 전송 평면은 패킷 전송에 필요한 모든 결정을 제어 평면에 질의하고 그 응답에 따라 네트워크를 제어하며, SDN에서 제어 평면은 소프트웨어 형태의 플랫폼으로 구현되며 네트워크의 구성과 패킷 흐름을 중앙 집중식으로 제어할 수 있다.

SDN의 대표적인 개방형 프로토콜로 오픈플로(OpenFlow)가 있는데, 오픈플로의 구조는 네트워크의 패킷을 처리하는 오픈플로 스위치(OFS: OpenFlow Switch)와 오픈플로 스위치를 관리하는 컨트롤러를 포함한다. 즉, 오픈플로에 따르면 전송 평면은 단순히 패킷의 포워딩만을 담당하고 패킷을 어디로, 어떻게 전달할 것인지는 컨트롤러에 의해 결정될 수 있다.

트래픽 수신부(100)는 적어도 하나의 기지국으로부터 트래픽을 수신할 수 있다.

여기서 수신한 트래픽은 제어 평면 및 전송 평면의 정보를 모두 포함할 수 있다.

스위칭부(200)는 수신한 트래픽을 제어 평면과 전송 평면으로 구별하여, 제어 평면에 포함된 사용자 트래픽 정보를 PGW로 송신하고, 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보를 전송 대상 기지국으로 송신할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 스위칭부(200)는 OFS가 사용 될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 SDN을 지원하는 스위칭 장비라면 제한 없이 사용될 수 있다.

여기서 전송 대상 기지국은 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보를 이루고 있는 패킷의 최종 목적 기지국을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 스위칭부(200)는 데이터 오프로딩이 발생하는 지점보다 앞 단(사용자와 가까운) 또는 동일한 위치에 설치될 수 있다.

여기서 제어 평면에 포함된 사용자 트래픽 정보는 사용자 트래픽에 대한 필수적인 정보(과금 또는 통계와 관련된 정보)를 의미할 수 있다.'

또한 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보는 전송 평면을 통해 전송되는 사용자가 전송하고자 하는 콘텐츠를 이루고 있는 패킷 데이터를 의미할 수 있다.

EPC부(300)는 는 PGW와 PCRF를 포함할 수 있으며, PGW와 PCRF는 사용자 트래픽 정보를 이용하여 해당 사용자에 과금처리를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 사용자 트래픽 정보를 PGW에 송신하여, PGW에서 사용자 트래픽 정보에 따라 UE의 접속 절차를 통해 과금 관련 데이터(접속 이력 및 사용량)를 관리함으로써 과금 절차를 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템(1000)을 구현한 예를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템(1000)는 LTE 네트워크를 이용할 수 있으나, LTE 네트워크에 한정되는 것이 아니며, 다수의 기지국이 백홀 구간을 통해 사업자 네트워크로 연결되는 형태를 가진 모든 이동 통신 네트워크에 적용될 수 있다.

도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템(1000)는 세 개의 기지국(eNB)이 L2 or L3 network A와 C(access 백홀)과 L2 or L3 network B(aggregation 백홀)를 통해 사업자 코어 네트워크(EPC)로 연결될 수 있으며, 각각의 eNB에는 다수의 사용자가 접속되지만 도 3엔 별도로 표기하지 아니하였다.

기존 LTE 네트워크에서 다수의 기지국은 백홀이라 불리는 L2 or L3 network 구간을 거쳐 사업자 네트워크로 연결된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 SDN을 지원하는 스위칭부(200)의 역할을 하는 OFS를 데이터 오프로딩이 발생하는 지점보다 앞 단(사용자와 가까운) 또는 동일한 위치에 설치할 수 있다.

상기 실시 예에 따르면 OFS 장비들은 기존 장비를 대체하여 설치되거나 기존 네트워크에 추가되어 설치될 수 있으며, SDN 컨트롤러가 기존 장비를 제어할 수 있는 기능을 제공한다면 레거시 장비를 그대로 이용할 수 있다.

OFS 장비들의 역할은 사용자 트래픽으로부터 과금 또는 통계와 관련된 필수적인 정보를 분리하여 사업자 코어 네트워크에서 해당 정보를 처리하는 장비로 전달할 수 있다.

즉, 도 3의 OFS에서 수집된 사용자 트래픽에 대한 정보는 (OFC: OpenFlow Controller)로 전달되고, OFC는 이 정보를 PGW로 전달하여 PGW가 사용자 트래픽의 전체를 볼 필요 없이 과금을 처리할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 OFS의 위치는 통계 정보를 수집하는 OFS가 데이터 오프로딩이 발생하는 지점보다 앞단에 위치해야 사용자 트래픽에 대한 정보를 수집할 수 있으며 모든 사용자 트래픽이 EPC를 거칠 필요가 없기 때문에 데이터 오프로딩이 발생하는 지점보다 앞단에 스위칭부(200)가 위치하여야 한다.

반면 오프로딩이 발생하는 지점보다 뒷단에 OFS, 즉 스위칭부(200)가 위치한다면 오프로딩된 사용자 트래픽에 대한 정보를 얻을 수 있는 방법이 없기 때문에 과금을 처리할 수 없어 종래의 네트워크가 가지는 문제점을 해결할 수 있다.

도 3을 참조하면 SDN을 지원하는 스위칭부(200)로 OFS를 예로 들었으나 본 발명은 이로 한정되지 않으며 제어평면과 전송평면이 분리되는 형태의 스위치라면 제한 없이 사용될 수 있다.

또한 적용되는 데이터 오프로딩 기술에 대해서도 그 방법, 발생 위치와 상관없이 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 네트워크 연결의 형태가 사용자-사용자이거나 서버-클라이언트(컨텐츠 서비스 제공자-사용자)인 경우 모두 적용될 수 있다.

그러나 데이터 오프로딩을 사용하면 최단 경로로 트래픽을 전달할 수 있기 때문에 오프로딩이 발생하는 지점이 사용자와 가까울수록 더욱 큰 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 사용자 트래픽에 대한 오프로딩은 네 가지 지점(eNB와 access 백홀, aggregation 백홀, SGW)에서 발생할 수 있으나, 두 사용자 또는 서버-클라이언트 연결이 다른 EPC에 접속되어 있는 경우라면 EPC 네트워크 내부의 데이터 오프로딩이 발생하지 않고 트래픽이 EPC를 통과해야 하기 때문에 본 발명은 적용될 수 없다.

또한 eNB / SGW에서 오프로딩이 발생하는 경우라면 eNB / SGW가 SDN 기능을 지원하고 사용자 트래픽 정보를 PGW로 전달해야 하기 때문에 현재 배포된 네트워크에서는 모든 eNB / SGW 장비를 교체하거나, 컨트롤러가 레거시 eNB / SGW를 제어할 수 있어야만 본 발명이 적용될 수 있는 제약이 존재한다.

마지막으로 access / aggregation 백홀에서 오프로딩이 이루어지는 경우에는 access / aggregation 백홀의 사용자 사이드(side), 즉 오프로딩 발생 이전 위치에 스위치부(200)를 설치하고 사용자 트래픽 정보를 컨트롤러를 통해 PGW로 전달함으로써 본 발명의 원활하게 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.

적어도 하나의 기지국으로부터 트래픽을 수신한다(410).

여기서 수신한 트래픽은 제어 평면 및 전송 평면의 정보를 모두 포함할 수 있다.

수신한 트래픽을 제어 평면과 전송 평면의 데이터로 구별하여(420), 제어 평면에 포함된 사용자 트래픽 정보는 PGW로 송신하고(430), 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보를 전송 대상 기지국으로 송신한다(440).

본 발명의 일 실시 예에 따르면 제어 평면과 전송 평면으로 구별하여 각각 PGW나 전송 대상 기지국으로 송신하기 위해서 스위치로써 OFS가 사용 될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 SDN을 지원하는 스위칭 장비라면 제한 없이 사용될 수 있다.

여기서 전송 대상 기지국은 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보를 이루고 있는 패킷의 최종 목적 기지국을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 스위치는 데이터 오프로딩이 발생하는 지점보다 앞 단(사용자와 가까운) 또는 동일한 위치에 설치될 수 있다.

여기서 제어 평면에 포함된 사용자 트래픽 정보는 사용자 트래픽에 대한 필수적인 정보(과금 또는 통계와 관련된 정보)를 의미할 수 있다.'

또한 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보는 전송 평면을 통해 전송되는 사용자가 전송하고자 하는 콘텐츠를 이루고 있는 패킷 데이터를 의미할 수 있다.

PGW와 PCRF는 사용자 트래픽 정보를 이용하여 사용자 과금처리를 수행한다(450).

본 발명의 일 실시 예에 따르면 사용자 트래픽 정보를 PGW에 송신하여, CRF에서 사용자 트래픽 정보에 따라 UE의 접속 절차를 통해 과금 관련 데이터(접속 이력 및 사용량)를 관리함으로써 과금 절차를 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 : 트래픽 수신부 200 : 스위칭부
300 : EPC부 1000 : 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템

Claims (1)

1. 적어도 하나의 기지국으로부터 트래픽을 수신하는 트래픽 수신부;
   상기 수신한 트래픽을 제어 평면과 전송 평면의 데이터로 구별하여, 상기 제어 평면에 포함된 사용자 트래픽 정보를 PGW로 송신하고, 상기 전송 평면에 포함된 사용자 콘텐츠 정보를 전송 대상 기지국으로 송신하는 스위칭부; 및
   PGW를 포함하며, 상기 PGW는 상기 사용자 트래픽 정보를 이용하여 해당 사용자에 과금처리를 수행하는 EPC부를 포함하는 SDN 기반의 데이터 오프로딩 과금 처리 시스템.

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