KR20170091901A

KR20170091901A - 로컬 브레이크 아웃 서버 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR20170091901A
Application number: KR1020160012759A
Authority: KR
Inventors: 이승규; 권동승; 김진업
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-10

Abstract

본 발명의 목적은, 셀룰라 기반의 이동통신 시스템에서 사용자 트래픽을 코어망 접속 없이 기지국 단에서 PDN으로 직접 라우팅시킬 수 있는, 로컬 브레이크 아웃 서버 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 로컬 브레이크 아웃 서버는, 제어 평면의 정보를 분석하는 에스원에이피 스나이퍼(S1AP SNIFER); 사용자 평면의 정보를 가로채는 지티피-유 스나이퍼(GTP-U SNIFER); 특정 패킷을 브레이크 아웃 하기 위한 패킷 리라우터(PACKET REROUTER); 사용자 식별자 매핑을 위한 아이디 테이블(ID TABLE); 및 브레이크 아웃의 룰을 결정하기 위한 폴리시(POLICY)를 관리하는 폴리시부(POLICY PART)를 포함하며, 상기 S1AP SNIFER는 기지국(BS)과 코어망(EPC)간의 S1 프로토콜을 분석한다.

Description

로컬 브레이크 아웃 서버 및 그 구동 방법{LOCAL BREAKOUT SERVER AND METHOD OF DRIVING THE SAME}

본 발명은 로컬 브레이크 아웃 서버 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

셀룰라 시스템은 이동통신 시스템의 근간을 이루는 통신 방식이며, 단말기, 기지국 및 코어망으로 구성된다.

단말기가 패킷 통신을 시작하고자 하면, 단말기와 코어망 사이에서는 세션을 확립하는 절차가 이루어지고, 이를 통하여 베어러가 만들어지고, 사용자 패킷이 전송된다.

3GPP(Third Generation Partnership Project)와 같은 표준에서는, 베어러의 종단이 코어망으로 간주된다. 즉, 단말기에서 보낸 IP(Internet Protocol) 패킷은 기지국과 코어망을 거쳐서 나오게 되며, 이후 라우터를 거쳐 목적지 장치에 도달한다. 또한, 응답 패킷 역시 역순의 경로를 거쳐 단말기에 도달한다.

이처럼 단말기와 목적지 장치 입장에서 보면, 기지국과 코어망은 하나의 거대한 파이프로 간주될 수 있다.

이러한 구조는, 표준의 역방향 호환성(Backward Compatibility), 핸드오버에 대비한 앵커 포인트(Anchor Point) 등의 목적으로 제안된 것이다.

그러나, 이러한 구조는 트래픽의 처리 면에서는 비 효율적인 면이 있다.

예를 들어, 기지국에서 IP 패킷을 추출할 수 있음에도 불구하고, 기지국은 IP 패킷을 항상 GTP(General Packet Radio Service Tunneling Protocol)로 터널링 하여 코어망에 보내야 한다. 따라서, 터널링으로 인한 트래픽 지연 및 코어망 부하 증대 등의 문제가 발생될 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근 로컬 브레이크 아웃이라는 처리 기술이 대두되고 있다.

로컬 브레이크 아웃 기술이 적용되는 종래의 이동통신 시스템에서는, 기지국이 세션 설정을 코어망과 맺지만, 이후 사용자 트래픽에 대해서는, GTP를 통해 코어망으로 보내지 않고, 기지국이 바로 목적지 장치로 라우팅한다.

로컬 브레이크 아웃 기술이 적용되는 종래의 이동통신 시스템에서는, 기지국 근처에 L-GW(Local-GateWay)라는 장치가 구비되고, 기지국과 L-GW간에 GTP 터널이 형성되며, 이곳에서 브레이크 아웃이 이루어진다.

이러한 방식은, 기존 표준의 수정을 요구하며, 기 설치된 기지국 및 코어망 장비들이 L-GW를 인식하도록 하는 설정을 필요로 한다.

즉, 로컬 브레이크 아웃 기술이 적용된 새로운 서비스를 제공하기 위해서는, 기존 시스템의 형상이 바꿔져야 하기 때문에, 로컬 브레이크 아웃 기술이 적용된 새로운 서비스의 도입에는 어려움이 따르게 된다.

이와 관련하여, 한국공개특허공보 제10-2014-0043453호(발명의 명칭: 로컬 브레이크 아웃 방식의 패킷 전송 방법)는 단말이 로컬 브레이크 아웃 방식으로 패킷을 인터넷 망으로 전달하고자 할 경우, 상기 패킷의 목적지 주소 정보를 상기 로컬 브레이크 아웃 방식으로 지원하는 에지 서버에 의해 예약된 주소 정보를 변경한 후 에지 서버를 통해 인터넷 망으로 전달할 수 있는 로컬 브레이크 아웃 방식의 패킷 전송 방법을 개시하고 있다.

본 발명의 실시예는 셀룰라 기반의 이동통신 시스템에서 사용자 트래픽을 코어망 접속 없이 기지국 단에서 PDN으로 직접 라우팅시킬 수 있는, 로컬 브레이크 아웃 서버 및 그 구동 방법을 제공하고자 한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명에 따른 로컬 브레이크 아웃 서버는, 제어 평면의 정보를 분석하는 에스원에이피 스나이퍼(S1AP SNIFER); 사용자 평면의 정보를 가로채는 지티피-유 스나이퍼(GTP-U SNIFER); 특정 패킷을 브레이크 아웃 하기 위한 패킷 리라우터(PACKET REROUTER); 사용자 식별자 매핑을 위한 아이디 테이블(ID TABLE); 및 브레이크 아웃의 룰을 결정하기 위한 폴리시(POLICY)를 관리하는 폴리시부(POLICY PART)를 포함하며, 상기 S1AP SNIFER는 기지국(BS)과 코어망(EPC)간의 S1 프로토콜을 분석한다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 엑세스 시스템(기지국)과 코어망 사이에 로컬 브레이크 아웃 서버가 위치되고, 상기 로컬 브레이크 아웃 서버에 의하여 제어 평면의 분석과 사용자 평면의 가로채기 및 리라우팅이 수행될 수 있다.

따라서, 기존 시스템의 수정을 최소화 하면서도, 로컬 브레이크 아웃 기능이 효율적으로 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로컬 브레이크 아웃 서버가 적용된 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 로컬 브레이크 아웃 서버의 구성을 나타낸 예시도.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 로컬 브레이크 아웃 서버가 적용된 이동통신 시스템의 구성을 나타낸 예시도이며, 특히, 로컬 브레이크 아웃이 이루어지도록 하기 위한 망 구조를 나타낸다.

기지국 로컬 브레이크 아웃을 위한 종래의 방법은, 표준의 수정과 기존 시스템의 설정의 변경을 요구하기 때문에, 구현되기가 어렵다.

그러나, 본 발명은 기존 시스템의 표준이나 설정에 영향을 주지 않기 때문에, 기존 시스템의 저항을 최소화하고 효용성을 최대화할 수 있다. 따라서, 본 발명을 이용한 서비스의 도입은 쉽게 이루어 질 수 있다.

즉, 본 발명은, 기지국 내에서 사용자 트래픽을 로컬 브레이크 아웃하는데 있어서, 기존 시스템의 표준이나 설정에 영향을 주지 않는 방법을 제안한다.

본 발명에 따른 로컬 브레이크 아웃 서버(120)가 적용되는 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project) 기반의 이동통신 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 단말기(UE)(이하, 간단히 UE라 함)(100), 기지국(BS)(이하, 간단히 BS라 함)(110), 코어망(EPC)(이하, 간단히 EPC라 함)(130) 및 로컬 브레이크 아웃 서버(Local Breakout Server)(120)를 포함한다.

특히, 본 발명에서는 로컬 브레이크 아웃을 처리하기 위하여 상기 BS(110)와 상기 EPC(130) 사이에 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)가 배치된다.

상기 로컬 브레이크 아웃 서버(Local Breakout Server)(120)는 상기 BS(110)와 S1/X2/GTP-U 프로토콜을 통하여 통신을 수행하며, 상기 EPC(130)와도 똑같이 S1/X2/GTP-U 프로토콜을 통하여 통신을 수행한다.

상기 BS(110) 입장에서는, 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)가 상기 EPC(130)와 같이 여겨지며, 상기 EPC(130) 입장에서는, 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)가 상기 BS(110)와 같이 여겨진다. 즉, 본 발명에서, 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)는 기존 시스템의 상기 BS와 상기 EPC 사이에 존재하지만, 기존 시스템에게는 그 존재가 특별히 알려질 필요가 없다.

상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)가 처리할 수 있는 상기 BS의 수는, 한정될 필요가 없다. 상기 BS의 수는, 상기 BS들의 가입자 수용능력과 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)의 트래픽 리라우팅(Re-Routing) 처리 능력에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

예를 들어, 상기 BS 들이 소형 셀이라면 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)는 많은 BS들을 처리할 수 있으며, 상기 BS들이 매크로 셀이라면 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)는 하나 또는 수 개의 BS를 처리 할 수 있다.

상기 UE(100)가 상기 EPC(130)와 데이터 베어러를 설정한 후, 사용자 패킷이 전송되면, 상기 사용자 패킷은 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)를 반드시 거치게 되며, 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)에서 패킷의 리라우팅이 이루어질 수 있다. 따라서, 선택적으로 패킷이 브레이크 아웃될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 로컬 브레이크 아웃 서버(120)의 구성을 나타낸 예시도이다. 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)의 기능이 상세히 설명된다.

상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 평면의 정보를 분석하는 에스원에이피 스나이퍼(S1AP SNIFER)(이하, 간단히 S1AP SNIFER라 함)(121), 사용자 평면의 정보를 가로채는 지티피-유 스나이퍼(GTP-U SNIFER)(이하, 간단히 GTP-U SNIFER라 함)(122), 특정 패킷을 브레이크 아웃 하기 위한 패킷 리라우터(PACKET REROUTER)(이하, 간단히 PACKET REROLUTER라 함)(123), 사용자 식별자 매핑을 위한 아이디 테이블(ID TABLE)(이하, 간단히 ID TABLE이라 함)(124) 및 브레이크 아웃의 룰(Rule)을 결정하기 위한 폴리시(POLICY)(이하, 간단히 POLICY라 함)를 관리하는 폴리시부(POLICY PART)(이하, 간단히 POLICY PART라 함)(215)를 포함할 수 있다.

상기 S1AP SNIFER(121)는 상기 BS(110)와 상기 EPC(130)간의 S1 프로토콜의 분석을 담당한다. 상기 BS(110)와 상기 EPC(130)간에 오고 가는 모든 S1AP(S1 Application Protocol) 메시지들은 상기 S1AP SNIFER(121)에 의하여 해석되며, 이 경우, 사용자 베어러에 대한 다양한 ID 정보가 추출된다.

상기 ID 정보에는, UE ID, DL TEID, UL TEID, e-RAN ID, UE Transport Address, QCI 등이 포함될 수 있으며, 상기 ID 정보는 상기 ID TABLE(124)에 저장된다.

상기 ID TABLE(124)에 저장된 상기 ID 정보는 상기 GTP-U SNIFER(122)에 의하여 사용된다.

상기 S1AP SNIFER(121)의 분석으로 인하여, 상기 BS(110)와 상기 EPC(130)간의 S1AP 메시지의 원 내용이 변형되거나 삭제되지는 않는다.

상기 GTP-U SNIFER(122)는, 상기 BS(110)와 상기 EPC(130) 사이에서, GTP-U 프로토콜상의 IP 패킷의 가로채기를 담당한다. 상기 BS(110)와 상기 EPC(130)간 모든 GTP-U 메시지들은 상기 GTP-U SNIFER(122)에 의하여 GTP De-Capsulation이 이루어 진다.

상기 De-Capsulation에 의해, 사용자가 보낸 IP 패킷이 얻어진다. 상기 IP 패킷은 상기 PACKET REROUTER(123)로 보내지며, 이에 따라, 선택적인 브레이크 아웃이 이루어질 수 있다.

만일, 선택적인 브레이크 아웃이 이루어지지 않고, 되돌아 오는 IP 패킷은, 상기 GTP-U SNIFER(122)에 의하여 GTP En-Capsulation이 이루어진 뒤, 상기 EPC(130)로 보내어 진다. 이 경우, IP 패킷의 주소와 UL TEID간 매핑을 위하여, 상기 ID TABLE(124)이 참조될 수 있다.

상기 GTP-U SNIFER(122)는, 로컬 브레이크 아웃 되어 목적지 장치로 전송된 후, 응답으로 돌아온 IP 패킷을, GTP En-Capsulation하여 상기 BS(110)로 전송하는 기능도 담당한다. 이 경우에도, 상기에서 설명된 바와 같이, IP 패킷의 주소와 DL TEID간 매핑을 위하여 상기 ID TABLE(124)이 참조될 수 있다.

상기 PACKET REROUTER(123)는, 추출된 IP 패킷을 선택적으로 브레이크 아웃 시킬 것인지 아니면, 다시 상기 GTP-U SNIFER(122)를 통해 상기 EPC(130)로 보낼 지의 여부를 결정하는 기능을 담당한다. 이를 위하여, 상기 PACKET REROUTER(123)는 상기 POLICY PART(125)에 축적된 POLICY를 이용할 수 있다.

상기 POLICY는 사용자 컨텍스트(사용자 정보, 선호사항 등), 네트워크 컨텍스트(코어망 부하, 무선자원 부하, 통계정보 등), 사업자 컨텍스트(망 방침, 비즈니스 모델 등) 등에 의하여 다양하게 구축 될 수 있다.

또한, 상기 POLICY를 활용하여 브레이크 아웃의 대상을 결정 하는데 있어서도, 다양한 알고리즘들이 이용될 수 있다. 본 발명에서는, 상기 POLICY를 구축하는 방법과 이를 활용하는 알고리즘이 특별히 한정되지 않는다.

상기 PACKET REROUTER(123)에 의하여 로컬 브레이크 아웃이 결정된 IP 패킷들은, 상기 EPC(130)를 경유하지 않고 곧바로 PDN으로 보내어져서 목적지 장치에 도달한다.

그러나, 로컬 브레이크 아웃이 필요 없다고 결정된 IP 패킷은, 다시, 상기 GTP-U SNIFER(122)로 보내어져서, GTP En-Capsulation되어 상기 EPC(130)로 전송된다.

또한, 상기 PDN으로부터 수신된 IP 패킷들은, 상기 GTP-U SNIFER(122)에서 GTP En-Capsulation되어 상기 BS(110)로 전송된다.

상기한 바와 같이, 상기 BS(110)와 상기 EPC(130)사이의 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)에 의하여 제어 평면 분석, 사용자 평면 가로채기 및 리라우팅 등이 이루어지게 되며, 이에 따라, 기존 시스템의 변경 없이도 로컬 브레이크 아웃이 이루어질 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 1 내지 도 2에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.

그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.

구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.

전술한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 엑세스 시스템(기지국)과 코어망 사이에 로컬 브레이크 아웃 서버(120)가 위치되고, 상기 로컬 브레이크 아웃 서버(120)에 의하여 제어 평면의 분석과 사용자 평면의 가로채기 및 리라우팅이 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 대화 로컬 브레이크 아웃 서버(120)에서의 구동 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 단말기 110: 기지국
120: 로컬 브레이크 아웃 서버 130: 코어망

Claims

제어 평면의 정보를 분석하는 에스원에이피 스나이퍼(S1AP SNIFER);
사용자 평면의 정보를 가로채는 지티피-유 스나이퍼(GTP-U SNIFER);
특정 패킷을 브레이크 아웃 하기 위한 패킷 리라우터(PACKET REROUTER);
사용자 식별자 매핑을 위한 아이디 테이블(ID TABLE); 및
브레이크 아웃의 룰을 결정하기 위한 폴리시(POLICY)를 관리하는 폴리시부(POLICY PART)를 포함하되,
상기 S1AP SNIFER는 기지국(BS)과 코어망(EPC)간의 S1 프로토콜을 분석하는 로컬 브레이크 아웃 서버.