KR20180011112A - 모바일 오퍼레이터 네트워크에서의 인터넷 프로토콜 주소 보존 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 라우터를 통해 모바일 단말기와 패킷 데이터 네트워크 간에 데이터 패킷을 전달하도록 배치된 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법이 제공되며, 하나 이상의 라우터는 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 라우팅 정보를 포함한다. 방법은 모바일 단말기와 연관된 제 1 인터넷 프로토콜(IP) 주소와 패킷 데이터 네트워크와 연관된 제 2 IP 주소 사이에 데이터 패킷을 전달하기 위한 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계로서, 상기 데이터 패킷 경로는 제 1 로컬 게이트웨이를 포함하고, 로컬 게이트웨이는 데이터 패킷 경로를 통해 제 2 IP 주소에서 제 1 IP 주소로 전달되는 모든 데이터 패킷이 통과해야 하는 이동 통신 네트워크 내의 제 1 포인트인, 상기 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계; 데이터 패킷 경로를 통해 제 1 IP 주소와 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하는 단계; 제 2 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계; 제 2 로컬 게이트웨이가 데이터 패킷 경로 내의 제 1 로컬 게이트웨이를 대체하도록 라우터 중 적어도 하나의 라우팅 정보를 업데이트하는 단계; 및 데이터 패킷 경로를 통해 제 1 IP 주소와 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하는 단계를 포함한다.

Description

모바일 오퍼레이터 네트워크에서의 인터넷 프로토콜 주소 보존 방법 및 장치

본 발명은 모바일 오퍼레이터 네트워크에서의 인터넷 프로토콜(Internet Protocol; IP) 주소 보존에 관한 것이다. 특히, 어떤 실시예는 모바일 단말기 IP 주소 보존을 갖는 IP 앵커 이동성(anchor mobility)에 관한 것이다.

모바일 단말기(모바일 핸드세트와 같은 UE)가 무선 링크를 통해 기지국 또는 전기 통신 네트워크에 연결된 다른 무선 액세스 포인트의 네트워크와 통신하는 무선 또는 이동(셀룰러) 통신 네트워크는 다수의 세대를 통해 급속한 발전을 하였다. 아날로그 시그널링을 사용하는 시스템의 초기 배치는 GSM(Global System for Mobile communications)과 같은 2세대(Second Generation; 2G) 디지털 시스템에 의해 대체되었으며, 이러한 시스템은 GERAN(GSM Evolution Radio Access Network)을 위한 GSM Enhanced Data 송신 속도로서 알려지고, 개선된 코어 네트워크와 조합되는 무선 액세스 기술을 사용한다.

2세대 시스템은 자체가 주로 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)과 같은 3세대(Third Generation; 3G) 디지털 시스템으로 대체되거나 보강되었으며, 이러한 3세대 디지털 시스템은 UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network) 무선 액세스 기술 및 GSM과 유사한 코어 네트워크를 사용한다. UMTS는 3GPP에 의해 생성된 표준에 명시되어 있다. 3세대 표준은 2세대 시스템이 제공하는 것보다 더 큰 데이터 처리량을 제공한다. 이러한 추세는 4세대(Fourth Generation; 4G) 시스템으로 이동하면서 계속된다.

3GPP는 이동 무선 통신 네트워크 기술을 설계, 특정 및 표준화한다. 특히, 3GPP는 3GPP 기술을 정의하는 일련의 기술 리포트(Technical Report; TR) 및 기술 사양(Technical Specification; TS)을 생성한다. 3GPP의 주안점은 현재 3G 이후의 표준 사양이며, 특히 Evolved Packet Core 및 "E-UTRAN(enhanced radio access network)"에 대한 표준이다. E-UTRAN은 이전 표준에 비해 잠재적으로 더 큰 용량과 부가적인 특징을 제공하는 LTE 무선 기술을 사용한다. LTE가 무선 인터페이스만을 엄격히 나타내고 있음에도 불구하고, LTE는 일반적으로 EPC 및 E-UTRAN을 포함한 전체 시스템을 나타내기 위해 사용된다. 이런 의미에서, LTE는 LTE Advanced와 같은 LTE인핸스먼트(enhancement)를 지칭할 때를 포함하는 이러한 사양의 나머지에서 사용된다. LTE는 UMTS의 진화(evolution)로서 특정 고 레벨 설정 요소 및 프로토콜을 UMTS와 공유한다. LTE Advanced는 LTE에 비해 여전히 높은 데이터 송신 속도를 제공하며, 3GPP 릴리스 10에서 3GPP 릴리스 12까지의 3GPP 표준 릴리스로 정의된다. LTE Advanced는 ITU(International Telecommunication Union)에 의한 4G 이동 통신 시스템인 것으로 간주된다.

미래에 5G 이동 통신 시스템이 출시될 것으로 예상된다. 현재 5G 시스템에서 사용되는 네트워크 구조 및 무선 액세스 인터페이스는 결정되지 않았다. 그러나, 배치 비용을 줄이고 4G 시스템과 통합하기 위해, 5G 시스템은 현재 4G 시스템에서 사용되는 일부 네트워크 아키텍처를 활용할 수 있다고 생각된다.

결과적으로, 본 발명의 특정 실시예가 LTE 모바일 네트워크 내에서 구현될 수 있지만, 이는 제한적이지 않으며, 미래의 5G 시스템을 포함하는 많은 타입의 무선 통신 네트워크에 적용 가능한 것으로 고려될 수 있다. 그러나, LTE 네트워크에 기초한 시스템의 구조를 둘러싼 더 큰 확실성으로 인해, 본 발명의 실시예는 주로 LTE 기반 시스템의 구조 및 네트워크 요소를 참조하여 설명될 것이다. 결과적으로, LTE 시스템의 예는 도 1에 도시되어 있다.

도 1의 LTE 시스템은 3개의 고 레벨 설정 요소: 적어도 하나의 UE(102), E-UTRAN(104) 및 EPC(106)를 포함한다. EPC(106), 또는 코어 네트워크는 또한 알려질 수 있는 바와 같이 예를 들어 인터넷을 형성하는 것과 같은 외부 세계의 PDN(Packet Data Network) 및 서버(108)와 통신한다. 도 1은 EPC(106)의 주요 설정 요소 부분을 도시한다. 도 1은 단순화된 것이고, LTE의 통상적 구현은 추가의 설정 요소를 포함할 것으로 이해될 것이다. 도 1에서, LTE 시스템의 상이한 부분 사이의 인터페이스가 도시되어 있다. 양단 화살표(double ended arrow)는 UE(102)와 E-UTRAN(104) 사이의 무선 인터페이스를 나타낸다. 나머지 인터페이스에 대해, 사용자 데이터는 실선으로 나타내어지고, 시그널링은 점선으로 나타내어진다.

E-UTRAN(104), 또는 RAN(radio access network)은 또한 알려질 수 있는 바와 같이 단일 타입의 설정 요소: 무선 또는 와이어리스 액세스 인터페이스를 통해 UE(102)와 EPC(106) 간의 무선 통신을 처리할 책임이 있는 eNB(E-UTRAN Node B)를 포함한다. eNB는 하나 이상의 셀에서 UE(102)를 제어한다. LTE는 eNB가 하나 이상의 셀을 통해 커버리지(coverage)를 제공하는 셀룰러 시스템이다. 통상적으로, LTE 시스템 내에는 복수의 eNB가 있다. 일반적으로, LTE에 따라 동작하는 UE는 한 번에 하나의 셀을 통해 하나의 eNB와 통신하며, 여기서 eNB는 또한 모바일 기지국으로서 지칭될 수 있다.

EPC(106)의 주요 설정 요소는 도 1에 도시된다. LTE 네트워크에서, UE(102)의 수, 네트워크의 지리적 영역 및 네트워크를 통해 송신되는 데이터의 볼륨에 따라 각각의 설정 요소 중 하나 이상이 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 데이터 트래픽은 각각의 eNB와 해당 S-GW(Serving Gateway)(110) 사이에 전달되고, S-GW(Serving Gateway)(110)는 eNB와 P-GW(PDN Gateway)(112) 사이에 데이터를 라우팅한다. P-GW(112)는 UE를 외부 세계의 하나 이상의 서버 또는 PDN(108)에 연결할 책임이 있다. MME(Mobility Management Entity)(114)는 E-UTRAN(104)을 통해 UE(102)와 교환되는 시그널링 메시지를 통해 UE(102)의 고 레벨 동작을 제어한다. 각각의 UE는 단일 MME에 등록된다. MME(114)와 UE(102) 사이에는 직접적인 시그널링 경로가 없다(UE(102)와의 통신은 E-UTRAN(104)을 통해 무선인터페이스에 걸쳐 이루어진다). MME(114)와 UE(102) 사이의 시그널링 메시지는 UE로부터 외부 세계로의 데이터의 흐름을 제어하는 ESM(EPS Session Management) 프로토콜 메시지 및 UE(102)가 E-UTRAN 내의 eNB 사이에서 이동할 때 시그널링의 재라우팅 및 데이터 흐름을 제어하는 EMM(EPS Mobility Management) 프로토콜 메시지를 포함한다. MME(114)는 시그널링 트래픽을 S-GW(110)와 교환하여 데이터 트래픽 라우팅을 지원한다. MME(114)는 또한 네트워크에 등록된 사용자에 관한 정보를 저장하는 HSS(Home Subscriber Server)(116)와 통신한다.

상술한 아키텍처 구조에 부가하여, LTE는 또한 베어러(bearer)의 개념, 특히 UE로부터 송신되고 UE에 의해 수신되는 데이터가 특정 베어러와 관련되는 EPS 베어러를 포함한다. EPS 베어러 자체는 UE와 EPC 사이로 확장되는 e-RAB(e-Radio Access Bearer) 및 EPC 내에서 확장되는 S5/S8 베어러로부터 형성될 수 있다. EPS 베어러는 UE 데이터가 LTE 네트워크를 통과할 때 처리되는 방법을 정의하며, 베어러가 예를 들어 보장된 비트레이트(bitrate)와 같이 이와 연관된 서비스 품질(quality of service)을 가질 수 있는 코어 네트워크를 통해 확장되는 가상 데이터 파이프로서 간주될 수 있다. 베어러는 S-GW 및 P-GW를 통해 LTE 네트워크 외부의 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Network; PDN, 또한 Public Data Network로 지칭됨)로 패킷 데이터를 채널링하는 역할을 하며, 여기서 추가의 외부의 비-LTE 베어러는 데이터를 EPC에서 외부 네트워크로 채널링하는데 필요할 수 있다. 따라서, 각각의 베어러는 어떤 PDN과 연관되고, 베어러와 연관된 모든 데이터는 특정 P-GW를 통과한다. 각각의 베어러는 또한 MAC(Medium Access Control) 레벨에서의 LCID(Logical Channel ID)에 의해 식별되며, 여기서 하나의 베어러는 하나의 논리 채널에 대응한다.

특정 베어러를 통해 송신된 데이터 패킷은 또한 특정 IP 흐름과 연관이 있으며, 여기서 베어러는 복수의 연관된 IP 흐름을 가질 수 있다. 베어러와 연관된 IP 흐름은 2개의 노드, 예를 들어 각각이 연관된 IP 주소를 갖는 UE와 비디오 스트리밍 서버 간에 교환되는 데이터 패킷의 세트와 관련된다.

현재의 3GPP 네트워크에서, 각각의 E-RAB/EPS 베어러는 하나의 P-GW에 의해 처리되는 것으로 가정된다. 이러한 P-GW는 UE가 먼저 모바일 오퍼레이터 네트워크에 연결하고 P-GW로부터 UE로 데이터 패킷 경로를 형성할 때 (이것 및 동일한 APN에 속하는 잠재적으로 다른 EPS 베어러에 대해 사용되도록) IP 주소를 UE에 할당할 것이다. 이러한 APN에 대한 UE로 예정된 모든 패킷은 P-GW를 통해 오퍼레이터 네트워크에 도달할 것이며, 여기서 P-GW가 특정 베어러/UE IP 주소와 연관된 모든 패킷이 연관된 PDN으로 전달되고 연관된 PDN으로부터 전달될 때 통과해야 하는 모바일 오퍼레이터 네트워크에서의 처음/마지막 포인트이므로 P-GW는 또한 IP 앵커로서 지칭될 수 있다. 특히, PDN 내의 라우터는 UE의 목적지 IP 주소를 갖는 패킷을 단일 P-GW로 라우팅하도록 설정될 것이다. P-GW는 IP 터널링을 사용하여 패킷을 S-GW로 터널링하고, S-GW는 후속하여 패킷을 UE가 연결되는 eNB로 터널링할 것이다. 터널링은 예를 들어 IP 캡슐화의 사용을 통해 달성될 수 있으며, 여기서 UE의 목적지 IP 주소를 갖는 패킷 입력은 S-GW와 같은 중간 라우터의 새로운 IP 주소로 캡슐화될 수 있다. 캡슐화된 패킷이 중간 라우터에 의해 수신되면, 라우터는 캡슐화 및 연관된 IP 주소를 제거하고, 이의 목적지 주소, 즉 UE의 주소에 기초하여 IP 패킷을 라우팅하며, 여기서 이러한 라우팅은 또한 IP 터널링에 기초할 수 있다. 이러한 프로세스 및 네트워크 구조는 도 2에 도시되어 있다.

도 2의 네트워크는 도 1의 것과 유사한 아키텍처를 갖지만, 다수의 P-GW(212, 214, 216) 및 eNB(204, 206, 208)가 도시되고, 오퍼레이터 네트워크는 데이터 패킷을 적절한 eNB, S-GW 및 P-GW로 라우팅하고 적절한 eNB, S-GW 및 P-GW로부터 데이터 패킷을 라우팅하는 것을 돕는 하나 이상의 라우터(202)를 포함하는 것으로 도시되며, 여기서 각각의 개개의 라우터 간의 링크가 또한 도시된다. (예를 들어, IPaddr1를 사용하여) UE(200)로 지정된 패킷은 P-GW1(212)을 통해 오퍼레이터 네트워크에 도달할 것이다. P-GW1(212)에서, 패킷은 터널 1(218)의 목적지 주소로서 S-GW1의 IPaddr2를 사용하여 터널 1(218)에서 S-GW1(210)에 터널링될 것이며, 즉, 패킷은 IP 어드레스 IPaddr2를 사용하여 캡슐화될 것이다. 그 다음, S-GW1(210)은 IPaddr2 캡슐화를 제거하고, 패킷을 적절한 eNB에 전달하기 위해 eNB1(204)의 목적지 IPaddr3을 갖는 터널 2(220)에서 패킷을 터널링한다. eNB1(204)에 의해 수신되면, 터널링은 종료되고, 패킷은 이의 목적지 주소, 즉 IPaddr1에 기초하여 UE(200)로 송신된다.

도 2의 네트워크의 라우터(202) 또는 스위치 또는 네트워크 장치는 또한 알려질 수 있는 바와 같이 분산된 라우팅 프로토콜에 기초하여 IP 패킷을 이의 IP 목적지 주소로 라우팅하는 방법을 알 것이다. 이러한 프로토콜은 예를 들어 각각의 라우터의 라우팅 테이블/흐름 테이블을 채우고 업데이트하기 위해 라우터 간에 라우팅 정보가 교환되는 OSPF(Open Shortest Path First)를 포함할 수 있다.

하나의 PDN 연결만이 도 2에 도시되어 있지만, 실제로, UE는 하나 이상의 상이한 PDN과 연관된 많은 베어러를 형성할 수 있다. 따라서, UE는 각각이 상이한 P-GW를 통과하는 많은 연결부를 가지며, 따라서 각각의 베어러에 대한 상이한 터널링 라우트 및 상이한 IP 앵커를 가질 수 있다. 더욱이, 또한 도시되지 않았지만, P-GW와 인터넷 사이에는 BGP(Border Gateway Protocol)와 같은 도메인 간 라우팅 프로토콜을 지원하는 하나 이상의 라우터가 존재할 수 있으며, IP 네트워크는 모바일 네트워크의 오퍼레이터와 상이한 오퍼레이터에 의해 운영될 수 있다.

도 3은 도 2와 동등한 아키텍처를 갖는 네트워크를 도시하지만, UE(200)는 이동하여 이제 eNB3(208)에 연결된다. 결과적으로, 터널 2(220)는 IPaddr4를 갖는 eNB3(208)으로 IP 패킷을 이제 터널링하기 때문에 변경되었지만, 터널 1(218)은 UE의 베어러의 S-GW 및 P-GW가 변경되지 않았기 때문에 변경되지 않는다. 따라서, 도 2 및 도 3의 아키텍처에서, 베어러를 위한 패킷은 동일한 P-GW를 통해 오퍼레이터 네트워크에 진입하고, 패킷은 S-GW 및 2개의 IP 터널(218, 220)을 통해 P-GW로부터 적절한 eNB로 터널링된다.

정적 S-GW 및 P-GW를 유지하고 터널링을 사용함으로써, UE가 다운링크 트래픽에 대해 eNB 사이에서 이동하면, 제 2 터널(220)의 목적지 주소만이 (예를 들어, eNB1에서 eNB3으로) 업데이트될 필요가 있고, 라우터에서 임의의 IP 레벨 라우팅 테이블을 업데이트할 필요가 없다. 더욱이, UE에 대한 IP 패킷이 터널링되기 때문에, UE의 IP 주소(IPaddr1)는 네트워크 계층에서 라우팅을 위해 사용되지 않고, 또한 변경되지 않을 수 있다. 결과적으로, 도 2 및 도 3의 아키텍처는 하나 이상의 터널의 목적지 IP 주소만이 변경될 필요가 있는 간단한 라우팅을 제공한다.

그러나, 다수의 단점이 또한 도 2 및 도 3의 네트워크 아키텍처로부터 생성할 수 있다. 첫째로, UE가 네트워크의 상이한 부분(예를 들어, 국가의 상이한 측면(different side of the country))으로 이동할 때, 동일한 P-GW는 UE의 IP 주소가 보존되어야 할 경우 UE와 인터넷 또는 다른 외부 네트워크 사이의 라우트에 남아 있을 것이다. 따라서, P-GW가 베어러(UE IP 주소)와 연관된 모든 IP 패킷이 인터넷 또는 다른 외부 네트워크에서 라우터에 의해 라우팅될 것이기 때문에 UE의 IP 주소를 보존하면서 UE의 베어러의 P-GW를 변경할 수 없다. 역으로, P-GW가 변경되는 경우, UE IP 주소는 변경될 것이고, 이전의 P-GW를 통한 PDN과의 연결은 상실될 수 있다.

P-GW가 국가의 한 측면에 위치되고, UE가 국가의 다른 측면으로 이동하면, IP 패킷은 전파 지연을 증가시키고 IP 패킷에 의해 이동된 여분의 거리로 인해 라우팅 경로상의 혼잡을 잠재적으로 증가시키는 라우트를 따를 수 있다. 더욱이, 터널링이 IP 캡슐화를 통해 수행될 수 있으므로, 부가적인 오버헤드는 사용자 평면(user plane)에 도입되며, 따라서 오퍼레이터 네트워크에서 가용 용량을 감소시킨다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 하나 이상의 라우터를 통해 모바일 단말기와 패킷 데이터 네트워크 간에 데이터 패킷을 전달하도록 배치된 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법이 제공되며, 하나 이상의 라우터는 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 라우팅 정보를 포함한다. 방법은 모바일 단말기와 연관된 제 1 인터넷 프로토콜(IP) 주소와 패킷 데이터 네트워크와 연관된 제 2 IP 주소 사이에 데이터 패킷을 전달하기 위한 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계로서, 상기 데이터 패킷 경로는 제 1 로컬 게이트웨이를 포함하고, 로컬 게이트웨이는 데이터 패킷 경로를 통해 제 2 IP 주소에서 제 1 IP 주소로 전달되는 모든 데이터 패킷이 통과해야 하는 이동 통신 네트워크 내의 제 1 포인트인, 상기 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계; 데이터 패킷 경로를 통해 제 1 IP 주소와 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하는 단계; 제 2 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계; 제 2 로컬 게이트웨이가 데이터 패킷 경로 내의 제 1 로컬 게이트웨이를 대체하도록 라우터 중 적어도 하나의 라우팅 정보를 업데이트하는 단계; 및 데이터 패킷 경로를 통해 제 1 IP 주소와 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서, 제 1 또는 제 2 로컬 게이트웨이와 패킷 데이터 네트워크 사이의 데이터 패킷 라우팅은 IP 주소 대체 라우팅 또는 IP 주소 기반 라우팅에 기초한다.

어떤 실시예에서, 라우팅 정보를 업데이트하는 단계는 제 2 로컬 게이트웨이에 관한 정보를 라우팅 제어기에 제공하는 단계; 라우팅 제어기에서, 제 1 IP 주소와 연관된 라우팅 정보를 결정하는 단계; 및 결정된 라우팅 정보에 기초하여 적어도 하나의 라우터의 라우팅 정보를 업데이트하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서, 주소 대체가 사용될 때, 라우팅 정보를 업데이트하는 단계는 적어도 하나의 라우터에서 대체 IP 주소를 업데이트하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서, IP 주소 기반 라우팅이 사용될 때, 라우팅 정보를 업데이트하는 단계는 적어도 하나의 라우터에서 라우팅 테이블을 업데이트하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서, 제 2 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계는 모바일 단말기의 위치, 모바일 단말기의 이동성, 데이터 패킷에 포함된 데이터의 타입, 이동 통신 네트워크의 조건, 모바일 단말기와 패킷 데이터 네트워크 간의 최적의 라우팅, 및 사용자 평면 지연 요구 사항 중 하나 이상에 기초하여 제 2 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서, 데이터 패킷 경로는 하나 이상의 베어러를 포함한다.

어떤 실시예에서, 데이터 패킷 경로는 하나 이상의 IP 흐름을 포함한다.

어떤 실시예에서, 데이터 패킷 경로를 통해 데이터 패킷을 전달하는 단계는 IP 터널링, IP 주소 대체, IP 주소 기반 라우팅 중 하나에 따라 제 1 IP 주소와 제 1 또는 제 2 로컬 게이트웨이 사이에 데이터 패킷을 라우팅하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서, 제 1 IP 주소는 제 1 로컬 게이트웨이에 할당된 IP 주소의 범위와 연관된다.

어떤 실시예에서, 제 1 IP 주소와 제 2 IP 주소 사이에 데이터 패킷을 전달하기 위한 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계는, 모바일 단말기의 위치, 모바일 단말기의 이동성, 데이터 패킷에 포함된 데이터의 타입, 이동 통신 네트워크의 조건, 모바일 단말기와 패킷 데이터 네트워크 간의 최적의 라우팅, 및 사용자 평면 지연 요구 사항 중 하나 이상에 기초하여 제 1 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서, 제 1 로컬 게이트웨이는 제 1 IP 주소를 모바일 단말기에 할당한다.

어떤 실시예에서, 이동 통신 네트워크는 무선 액세스 인터페이스를 통해 데이터 패킷을 모바일 단말기에 전달하도록 배치된 하나 이상의 기지국, 및 이동 통신 네트워크와 패킷 데이터 네트워크 사이에 패킷을 전달하도록 배치된 하나 이상의 엔트리 라우터를 포함하며, 로컬 게이트웨이는 기지국, 엔트리 라우터, 및 하나 이상의 기지국과 하나 이상의 엔트리 라우터 사이의 라우터 중 어느 하나에 위치된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 모바일 단말기, 데이터 패킷 네트워크와 모바일 단말기 사이에 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 하나 이상의 라우터, 및 로컬 게이트웨이를 포함하는 이동 통신 네트워크가 제공되며, 여기서 로컬 게이트웨이는 패킷 데이터 네트워크로부터 모바일 단말기로 전달되는 모든 데이터 패킷이 통과해야 하는 이동 통신 네트워크 내의 제 1 포인트이다. 이동 통신 네트워크는, 모바일 단말기와 연관된 제 1 인터넷 프로토콜(IP) 주소와 패킷 데이터 네트워크와 연관된 제 2 IP 주소 사이에 데이터 패킷을 전달하기 위해 제 1 로컬 게이트웨이를 포함하는 데이터 패킷 경로를 형성하고; 데이터 패킷 경로를 통해 제 1 IP 주소와 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하고; 제 2 로컬 게이트웨이를 선택하고; 제 2 로컬 게이트웨이가 데이터 패킷 경로 내의 제 1 로컬 게이트웨이를 대체하도록 라우터 중 적어도 하나의 라우팅 정보를 업데이트하며; 데이터 패킷 경로를 통해 제 1 IP 주소와 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하도록 배치된다.

낮은 이동성 스마트폰은 eNB에 더 가까운 L-GW로 처리되며, 따라서 콘텐츠 제공/사용자 평면 지연을 최적화하는 것이 바람직할 수 있다. 사용자가 이동하면, SDN은 IP 주소 보존을 필요로 하는 베어러에 대한 L-GW 변경을 지원하는데 사용될 수 있다. UE가 속도를 변경하면, SDN은 적절한 베어러에 대한 네트워크에서 L-GW를 더 높게 이동시키는데 사용될 수 있다.

도 1은 LTE 이동 통신 네트워크의 개략도를 제공한다.
도 2는 IP 터널링이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 3은 IP 터널링이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 4는 소프트웨어 정의된 네트워킹의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 5는 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 IP 터널링이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 6은 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 UE IP 주소 기반 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 7은 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 UE IP 주소 기반 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 8은 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 UE IP 주소 대체 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 9는 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 UE IP 주소 기반 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 10은 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 UE IP 주소 기반 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 11은 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 UE IP 주소 기반 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 12는 소프트웨어 정의된 네트워킹, UE IP 주소 기반 라우팅 및 IP 터널링이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 13은 소프트웨어 정의된 네트워킹 및 UE IP 주소 기반 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 14는 소프트웨어 정의된 네트워킹, UE IP 주소 기반 라우팅 및 IP 터널링이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 15는 소프트웨어 정의된 네트워킹, IP 터널링 및 UE IP 주소 기반 라우팅이 구현되는 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.
도 16은 상이한 UE 사용 시나리오에 대한 모바일 오퍼레이터 네트워크의 아키텍처의 개략도를 제공한다.

최근에는 SDN(Software Defined Networking) 개념을 기반으로 IP 네트워크를 운영하는데 관심이 증가되어 왔다. 분산형 라우팅 알고리즘에 의해 업데이트되는 흐름/라우팅 테이블을 의존하기 보다는, SDN 아키텍처에는 라우팅이 중앙 및/또는 동적으로 제어될 수 있도록 개개의 라우터의 흐름 테이블을 업데이트하는 중앙 SDN 제어기 또는 동등한 엔티티가 있다.

도 4는 ONF(Open Network Foundation)에 의해 제안된 예시적인 SDN 아키텍처의 예시를 제공한다. 이러한 아키텍처는 3개의 계층: 예를 들어 도 2 및 3의 라우터와 같은 라우터로 주로 형성된 인프라 계층(402); 예를 들어 흐름 테이블을 채움(populating)으로써 인프라 계층의 라우터를 제어할 수 있는 하나 이상의 SDN 제어기를 포함하는 제어 계층; 및 IP 패킷 라우팅을 제어하기 위해 인프라 계층을 업데이트/재설정하도록 SDN 제어기에 요청할 수 있는 애플리케이션이 위치되는 애플리케이션 계층을 포함한다.

SDN에 기초한 네트워크는 라우터 아키텍처를 변경하지 않고 동작을 재설정하는 적응력 및 생성된 능력으로 인해 많은 이점을 가질 수 있다. 일례에서, 패킷은 특정 데이터 타입이 미리 결정된 P-GW에 의해 간단히 처리되기 보다는 이러한 데이터를 처리하는데 가장 적합한 특정 라우터 및 서버에 의해 처리될 수 있도록 반송하는 데이터의 타입에 따라 라우팅될 수 있다. 예를 들어, 낮은 대기 시간(low-latency)을 필요로 하는 통신을 나타내는 패킷은 지연 허용을 나타내지만 통신 전반에 걸쳐 높은 패킷과 비교하여 상이한 라우트를 통해 전달될 수 있다. 더욱이, 라우팅이 통신의 방향, 즉 업링크 또는 다운링크, 라우터의 현재의 동작 상태, 즉 올바르게 동작하거나 또는 동작하지 않는 상태, 또는 엔드 포인트의 지리적 위치에 의존할 수 있는 동적 라우팅이 구현될 수 있다. 또 다른 예에서, SDN은 터널링을 필요로 하지 않고 패킷을 라우팅하며, 따라서 오버헤드를 감소시키고, 소스/목적지 IP 주소를 정적으로 유지하면서 패킷의 라우팅을 변경하는데 사용될 수 있다.

도 5는 SDN이 라우터(202)를 제어하기 위해 통합된 예시적인 LTE 이동 통신 네트워크를 도시한다. 도 5의 네트워크는 도 2 및 도 3의 네트워크와 실질적으로 유사하지만 분산형 라우팅 대신에 OpenFlow와 같은 라우팅 프로토콜에 따라 라우터(202)의 흐름 테이블을 채우거나 설정할 수 있는 SDN 제어기(500)가 제공된다.

도 3에서와 같이, UE(200)로 지정된 패킷은 초기에 P-GW1(212)에서 S-GW1(210)로의 터널 1(218) 및 터널 2(220)를 통해 IPaddr4를 갖는 서빙 eNB(208)로 라우팅될 수 있으며, 여기서 터널 2(220)는 링크 1(502)을 포함한다. 그러나, 종래의 모바일 네트워크와는 달리, 링크 1(502)이 실패하면, 링크 1(502)을 형성하는 라우터는 이것을 SDN 제어기(500)에 보고한다. 그런 다음, SDN 제어기는 영역 내의 각각의 링크에 남아있는 링크 용량을 검사하고, 적절한 재라우팅을 결정할 수 있다. 예를 들어, SDN 제어기는 다수의 라우터에서 IPaddr4에 대한 흐름 테이블 엔트리를 업데이트하기로 결정할 수 있음으로써, 터널 2(220)(및 또한 eNB3의 IPaddr4를 목적지 주소로서 사용하는 임의의 다른 패킷일 수 있음)가 이제 링크 2(504) 및 링크 3(506)을 통해 라우팅될 것이다.

도 5에서, SDN 제어기(500)는 단지 라우터의 서브세트에만 연결되는 것으로 도시되어 있지만, SDN 제어기는 통상적으로 전체 오퍼레이터 네트워크의 라우팅 능력을 제어할 수 있도록 모든 라우터에 연결된다. 더욱이, 단일 SDN 제어기가 사용될 수 있는 것으로 도시되지만, 하나 이상의 SDN 제어기가 사용될 수도 있으며, 여기서 SDN 제어기는 또한 흐름 테이블 엔트리가 확실히 동기화되도록 하기 위해 라우터뿐만 아니라 서로 통신한다.

도 5의 아키텍처는 SDN에 기초하며, 따라서 라우팅의 요소는 더욱 효율적이고 더욱 적응적일 수 있지만, 네트워크의 운영 원리는 변경되지 않는다. 예를 들어, 터널링은 여전히 P-GW와 S-GW 사이 및 S-GW와 서빙 eNB 사이에서 사용되고, 모바일 네트워크로의 진입은 단일 P-GW를 통해 이루어지며, 이는 EPS 베어러의 원래 형성 시에 결정되었을 수 있고, PDN 연결의 상실 없이 이동될 수 없다. 결과적으로, 감소된 터널링 오버헤드 및 콘텐츠 종속 라우팅(content dependent routing)의 관점에서 SDN의 다수의 잠재적 이점이 실현되지 않는다. 따라서, 오퍼레이터 네트워크와 SDN의 통합에서의 추가의 단계로서, 터널링은 오퍼레이터 네트워크가 SDN에 완전히 기반을 두도록 IP 주소 특정 기반 라우팅을 사용한 SDN으로 대체될 수 있다.

도 6은 모든 터널링이 UE IP 주소에 기초한 라우팅으로 대체된 예시적인 SDN 네트워크를 도시한다. 특히, 각각의 패킷은 이의 목적지 IP 주소, 즉 다운링크에서 오퍼레이터의 전체 IP 주소 풀(pool)로부터 할당된 UE의 IP 주소에 기초하여 라우팅된다. 모든 라우팅이 터널링과는 대조적으로 UE IP 주소를 사용하여 수행되기 때문에, 패킷은 오퍼레이터 네트워크를 인터넷에 연결하는 임의의 인터페이스에서 오퍼레이터 네트워크로 들어갈 수 있으며, S-GW 및 P-GW는 둘 다 네트워크에서 제거될 수 있다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, UE(200)로 지정된 IP 패킷은 인터넷에 연결된 임의의 라우터, 특히 엔트리 라우터(entry router)(600, 602, 604)를 통해 오퍼레이터 네트워크에 도달한다. UE의 IPaddr1로 지정된 패킷을 수신하는 모든 라우터는 eNB1(204)로의 정확한 라우트로 설정되어야 할 것이다. 오퍼레이터 네트워크의 모든 라우터가 IPaddr1을 직접 라우팅할 수 있기 때문에, 터널링이 필요하지 않다. 결과적으로, 따라서, 도 2, 도 3 및 도 5의 네트워크 아키텍처의 P-GW/S-GW는 원칙적으로 제거될 수 있고, S-GW 또는 P-GW의 위치로부터 생성된 비-최적 라우트 가능성이 감소될 수 있는데, 그 이유는 라우터의 흐름 테이블이 예를 들어 UE 이동성에 응답하여 SDN 제어기에 의해 동적으로 업데이트될 수 있기 때문이다.

도 6의 UE 주소 라우팅에만 기초하는 SDN 솔루션은 제 1 검사에서 간단하게 보이고, 상술한 다른 SDN 관련 이점뿐만 아니라 향상된 패킷의 라우팅을 초래한다. 그러나, 또한 많은 연관된 단점이 있을 수 있다.

첫째로, 각각의 패킷이 이의 목적지 IP 주소, 즉 다운링크에서의 UE의 IP 주소에 기초하여 라우팅되기 때문에, UE의 IP 주소와 이의 물리적 위치 사이의 관계는 상실된다. 결과적으로, 각각의 라우터는 각각의 UE에 대한 개개의 흐름 테이블 엔트리를 가질 필요가 있을 수 있으며, 따라서 라우터에 큰 흐름 테이블을 생성시킨다. 이것은 차례로 라우터가 지원하는 크기를 초과하는 흐름 테이블 크기를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 일부 라우터가 최대 2000 내지 200000개의 엔트리까지 흐름 테이블 크기를 가질 수 있지만, 이것은 네트워크 오퍼레이터가 가질 수 있는 수백만 명의 가입자를 고려하여 충분히 클 수 없다. 더욱이, 흐름 테이블 크기가 증가하였을지라도, 이것은 부가적인 메모리 비용으로 인해 라우터에 대한 생산 비용을 증가시킬 수 있고, 들어오는(incoming) 패킷의 주소가 흐름 테이블의 주소와 일치되도록 하는 데 걸릴 수 있는 부가적인 시간으로 인한 지연을 또한 증가시킬 수 있다.

둘째로, 각각의 패킷은 이의 목적지 IP 주소에 기초하여 개별적으로 라우팅될 수 있기 때문에, UE가 eNB 사이로 이동하면, 증가된 흐름 테이블 엔트리의 수는 도 2, 도 3 및 도 5의 아키텍처에 비해 업데이트될 필요가 있을 것이며, 여기서 터널 1(220)의 목적지만이 업데이트될 필요가 있을 것이며, 따라서 S-GW 내의 단일 흐름 테이블 엔트리만이 업데이트될 필요가 있다. 예를 들어, 도 7에서, UE(200)가 eNB1(204)에서 eNB3(208)로 이동할 경우, 라우터(702, 704, 706, 708, 710 및 712)의 흐름 테이블 엔트리가 업데이트될 필요가 있다. 따라서, 높은 이동성을 갖는 UE는 비교적 많은 수의 흐름 테이블 엔트리를 자주 업데이트할 수 있다. 더욱이, SDN이 이러한 방식으로 구현될 때 핸드오버로부터 부가적인 복잡성이 발생할 수도 있다. 특히, 현재의 네트워크 아키텍처에서, 서빙 eNB는 다음 S-GW로부터 제 1 패킷을 송신하기 전에 이전의 S-GW로부터 마지막 패킷을 송신하며, 따라서 마지막 패킷 마킹(marking)은 S-GW에 의해 행해진다. 그러나, SDN을 사용할 때, 그것은 S-GW가 제거된 경우 이러한 마지막 패킷이 이러한 목적을 위해 어떻게 마킹될 수 있는지 명확하지 않을 수 있다.

셋째로, 도 6 또는 7의 아키텍처의 사용을 통해, 오퍼레이터 네트워크로의 단일 진입 포인트가 상실되었고, 상이한 패킷이 이의 목적지에 대한 상이한 라우트를 따를 수 있다. 결과적으로, 그것은 소위 "로컬 프로토콜 최적화" 기능을 어디에 배치해야 하는지 명확하지 않을 수 있다. "로컬 프로토콜 최적화 기능"은 상위 계층 프로토콜을 무선 계층 특정 특성과 조화/적응시키거나 심지어 로컬 소스로부터 콘텐츠를 제공하는 데 사용될 수 있다. 일례로서, 오퍼레이터는 게이트웨이에서 인터넷에서 나오는 TCP 연결을 종료하고, 게이트웨이에서 UE로의 다른 TCP 연결을 가질 수 있다. 이러한 두 번째 TCP 연결은 이동 통신에 최적화된 TCP 세팅(예를 들어, 저속 시작 수정(slow start modification))을 사용할 수 있다. 그러나, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 이러한 게이트웨이는 UE IP 주소에만 기초한 라우팅을 갖는 SDN 제어형 오퍼레이터 네트워크에 더 이상 존재하지 않을 수 있다. 결과적으로, UE에 대한 모든 패킷이 서빙 eNB를 통과하기 때문에 이러한 타입의 최적화 기능을 구현하기 위해 남겨진 유일한 장소는 eNB에 있을 수 있다. 게이트웨이가 없는 eNB에서의 최적화 기능의 배치는 eNB 사이의 UE의 이동성으로 인해 무선 조건 및 다른 로컬 기능이 고려될 수 있기 때문에 최적화의 효과적인 제어를 허용할 수 있지만, 최적화 콘텍스트는 정기적으로 변경되어 전체적으로 eNB에서 네트워크 전반에 걸쳐 재구성 및 오버헤드를 증가시킨다.

마지막으로, UE IP 주소에만 기초한 라우팅을 갖는 SDN 제어형 오퍼레이터 네트워크를 참조하면, 종래의 이동 통신의 양태는, 예를 들어 페이징의 구현이 문제가 될 수 있다. 특히, LTE에 기초한 오퍼레이터 네트워크와 같은 현재의 오퍼레이터 네트워크에서, S-GW는 넓은 영역에 걸쳐 UE의 페이징을 개시하도록 MME에 요청한다. 그러나, 이것은 S-GW 및 P-GW 둘 다가 더 이상 필요하지 않을 수 있기 때문에 도 5 및 도 6의 UE 주소에만 기초한 라우팅을 갖는 SDN 제어형 오퍼레이터 네트워크에서는 가능하지 않다. 결과적으로, 어떤 네트워크 엔티티가 페이징 동작을 개시할 것인지 명확하지 않다. eNB가 MME에 요청함으로써 페이징을 개시할 수 있지만, 그것은 eNB가 그렇게 할 것인지 명확하지 않다. 예를 들어, UE가 마지막으로 연결된 eNB이거나, 적절한 eNB를 결정하기 위한 다른 메커니즘이 필요할 것이다.

UE IP 어드레스에 기초한 라우팅을 갖는 SDN 제어형 오퍼레이터 네트워크의 전술한 분석으로부터 명백한 바와 같이, LTE 및 미래의 5G 시스템에 기초한 네트워크와 같은 네트워크에 대한 애플리케이션 상에서 많은 문제가 발생할 수 있다. 결과적으로, 이러한 문제가 해결될 수 있거나 이의 역효과의 적어도 일부가 줄어들면 유리할 것이다.

도 8은 SDN이 구현되지만 SDN과 함께 헤더 필드 대체 또는 IP 주소 대체가 이루어지는 네트워크 아키텍처를 제공한다. OpenFlow 프로토콜은 이러한 대체를 수행하도록 동작할 수 있으며, 따라서 주소 대체를 갖는 SDN은 기존의 SDN 제어기 및 프로토콜을 사용하여 구현될 수 있다.

도 6 및 도 7의 아키텍처와 유사하게, 터널링은 더 이상 사용되지 않는다. UE에는 오퍼레이터 IP 주소의 전체 풀로부터의 IP 주소(IPaddr1)가 할당되고, UE에 대한 패킷은 임의의 포인트, 즉 엔트리 라우터(600, 602, 604) 중 어느 하나에서 오퍼레이터 네트워크에 들어갈 수 있다. 그러나, UE에 대한 패킷이 오퍼레이터 네트워크에 들어갈 때, 엔트리 라우터(600, 602, 604)는 SDN 제어기에 의해 UE의 IPaddr1을, UE가 부착되는 현재 eNB가 소유하는 IP 주소의 풀에 속하는 IP 주소로 대체하도록 설정된다. 예를 들어, UE가 현재 IPaddr1'의 IP 주소를 갖는 eNB1(204)에 연결되면, SDN 제어기는 IPaddr1을 IPaddr'로 대체하기 위해 엔트리 라우터를 설정하고, IPaddr1'로 수신된 다운링크 IP 패킷에서 IPaddr1'을 IPaddr1로 대체하도록 서빙 eNB를 설정한다. 그 후, eNB는 IPaddr1에 기초하여 패킷을 UE에 송신할 것이다. 더욱이, 도 8에 도시된 바와 같이, eNB1(204)에서 eNB3(208)로 핸드오버하면, IPaddr1'''가 이제 IPaddr1 패킷에 대한 IP 주소 대체를 위해 사용되어야 한다는 것을 엔트리 라우터/새로운 eNB가 통지받으며, 여기서 IPaddr1'''은 새로운 eNB3(208)의 IP 주소 풀에 속한다.

IP 주소 대체의 사용을 통해, 라우팅이 관련 eNB에 이미 속한 IP 주소에 기초하기 때문에 오퍼레이터 네트워크의 엔트리 라우터(들)와 서빙 eNB 사이의 모든 라우터를 업데이트할 필요가 줄어든다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, UE(200)가 eNB1(204)에서 eNB3(208)으로 이동할 때, 도 7에 도시된 바와 같이 6개의 라우터 엔트리가 업데이트되는 대신에, IP 주소 매핑은 3개의 엔트리 라우터(600, 602, 604) 및 목적지 eNB에서만 업데이트될 필요가 있다. 이러한 라우터 업데이트의 감소로 인해, IP 주소 대체가 이루어지는 곳의 라우터가 업데이트될 필요가 없기 때문에 UE 이동성과 연관된 복잡성은 터널링이 사용될 때의 복잡성과 비슷하다. 이러한 솔루션은 이러한 네트워크 요소에서의 IP 주소 대체가 동기화되도록 SDN 제어기, 엔트리-라우터 및 eNB 간의 조정을 필요로 함을 주목한다.

IP 주소 대체는 잠재적으로 업데이트를 필요로 하는 흐름 테이블 엔트리의 수를 줄이지만, 상술한 SDN의 많은 단점은 IP 주소 대체의 사용에 의해 해결되지 않을 수 있다. 예를 들어, 프로토콜 최적화 기능의 장소에 편리한 위치인 것으로 나타나지 않으며, 페이징과 같은 추가의 양태가 SDN과 함께 IP 주소 대체의 사용에 의해 단순화될 수 없다.

로컬 게이트웨이

본 발명의 예에 따라, 라우팅이 S-GW 및 P-GW의 제거로 인해 발생하는 UE IP 주소에만 기초하는 SDN 제어형 오퍼레이터 네트워크의 사용에 관련된 상술한 많은 문제를 해결하기 위해, 새로운 게이트웨이가 오퍼레이터 네트워크에 도입된다. 새로운 게이트웨이는 로컬 게이트웨이(Local Gateway; L-GW)로서 지칭될 수 있고, 오퍼레이터 네트워크의 어느 곳에서나 위치될 수 있다. L-GW는 UE마다, 베어러마다 또는 IP 흐름 단위로 선택될 수 있으며, 여기서 UE에는 L-GW에 속하는 IP 주소의 풀로부터 IP 주소가 할당될 수 있거나 전체 네트워크 오퍼레이터 풀로부터 주소가 할당될 수 있으며, L-GW는 UE, 베어러 또는 IP 흐름을 위한 IP 앵커의 역할을 할 수 있다.

도 9는 SDN이 L-GW와 조합하여 사용되는 이러한 오퍼레이터 네트워크 아키텍처를 도시한다. 처음 UE를 eNB(eNB1(204))에 연결하면, 라우터는 L-GW(L-GW(900))로서 선택된다. UE에는 L-GW에 속하는 주소 풀로부터 IP 주소가 할당될 수 있으며, 따라서 L-GW(900)와 오퍼레이터 네트워크의 엔트리 라우터(600, 602, 604) 사이의 UE 특정 라우팅은 필요하지 않을 수 있다. 대신에, 라우팅은 L-GW 주소 범위, 즉 비-UE 주소 전용 라우팅에 기초하여 수행될 수 있으며, 따라서 L-GW를 갖지 않은 전체 SDN에 비해 L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우터의 흐름 테이블의 크기를 단순화하고 줄일 수 있다. 예를 들어, 엔트리 라우터로부터 L-GW로의 라우팅은 L-GW에 속하는 주소 범위(들)에 기초한 와일드 카드(wild-carded) 흐름 테이블 엔트리를 사용하여 수행될 수 있다.

UE에 대해 L-GW인 것으로 결정된 라우터는 종래의 라우터, L-GW로서 잠재적으로 역할을 하도록 설정된 다수의 라우터 중 하나, 또는 모두가 L-GW로서 기능하도록 설정된 경우 오퍼레이터 네트워크 내의 임의의 라우터일 수 있다. 각각의 L-GW에는 IP 주소의 범위가 할당되고, UE에는 초기에 상기 범위로부터의 IP 주소가 할당될 수 있다고 가정되지만, L-GW의 사용은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 어떤 경우에 UE가 L-GW 사이로 이동하면, UE는 이전에 할당된 IP 주소를 보유할 수 있으며, 따라서 UE가 현재 연결되어 있는 L-GW의 범위에 속하는 IP 주소를 갖지 않는다.

L-GW의 사용의 추가의 이점은 도 10에서 알 수 있으며, 여기서 UE(200)는 eNB1(204)에서 eNB3(208)로 이동하였다. UE가 eNB1(204)에서 eNB3(208)로 이동하면, L-GW(900)는 변경되지 않으며, 따라서 UE는 L-GW(900)에 속하는 범위로부터 선택된 IP 주소를 유지한다. 결과적으로, L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우터의 흐름 테이블은 eNB 사이의 UE의 이동으로 인해 업데이트될 필요가 없다. 그러나, L-GW와 서빙 eNB 사이의 라우터는 업데이트될 필요가 있으며, 따라서 L-GW(900) 및 라우터(1000)로서 역할을 하는 라우터의 흐름 테이블은 업데이트될 필요가 있다. 그럼에도 불구하고, L-GW의 사용은 덜 최적의 라우트를 희생시키더라도 도 6 및 도 7의 네트워크 아키텍처에 비해 업데이트될 필요가 있는 라우터의 수를 여전히 감소시킨다. 더욱이, UE에 대한 또는 특정 베어러와 연관된 모든 패킷이 L-GW를 통해 이동하기 때문에, L-GW는 또한 프로토콜 최적화가 발생할 수 있는 중심 포인트를 제공하며, 따라서 S-/P-GW와 연관된 기능의 요소는 L-GW에 위치할 수 있다. 즉, L-GW는 IP 앵커로서 역할할 수 있다.

많은 이점이 도 9 및 도 10의 네트워크 아키텍처로부터 발생할 수 있지만, 엔트리 라우터로부터 L-GW로의 패킷 및 L-GW로부터 eNB로의 패킷이 동일한 라우터를 통과하는 경우에 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 11에서, L-GW(1100)는 엔트리 라우터와 L-GW 사이의 경로(오른쪽 사이드 라우팅(right-hand side routing)), 및 L-GW와 eNB 사이의 경로(왼쪽 사이드 라우팅(left-hand side routing))가 모두 라우터(1102)를 통과하도록 선택되었다. 따라서, 동일한 목적지 IP 주소가 인터넷과 L-GW 사이의 통신, 및 L-GW와 eNB 사이의 통신 둘 다를 위해 사용된다면(L-GW 범위로부터 선택된 UE IP 주소), 라우터(1102)는 패킷이 이동하는 방향 사이를 구별할 수 없을 수 있다. 따라서 상이한 목적지 IP 주소가 사용될 필요가 있을 수 있으며, 이는 라우팅의 복잡성을 증가시킬 수 있고, 또한 IP 주소 대체와 같은 사용 라우팅 기술을 제한할 수 있다. 그러나, 도 12에 도시된 바와 같이, L-GW와 서빙 eNB 사이의 터널링의 사용은 도 11에 도시된 바와 같이 L-GW가 선택될 때 주소 충돌의 문제를 극복할 수 있다.

도 12는 L-GW와 서빙 eNB 사이의 터널링이 사용되는 SDN 및 L-GW를 사용하는 오퍼레이터 네트워크를 도시한다. 도 12에서의 L-GW와 엔트리 라우터 사이의 패킷의 라우팅은 도 10 및 도 11과 동일하지만, 서빙 eNB3(208)과 L-GW(1100) 사이의 패킷은 터널(1200)을 사용하여 터널링되며, 여기서 eNB3(208) 사이로 송신된 패킷은 eNB3(208) 및 L-GW(1100)의 IP 주소를 사용하여 터널링될 것이다. 도 5 내지 도 8의 아키텍처와 비교하면, L-GW의 왼쪽으로의 터널링을 사용하면 충돌하는 목적지 IP 주소로 인한 라우팅 오류의 가능성이 제거된다.

로컬 게이트웨이 이동성

도 9 내지 12에서, 패킷을 UE로의 라우팅 및 UE로부터의 패킷의 라우팅은 고정된 L-GW를 통해 이루어지며, L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우팅은 L-GW가 소유하는 IP 주소 범위로부터 선택되었을 수 있는 UE IP 주소에 기초한다. 그러나, UE가 eNB 사이로 이동한다면, 원래의 L-GW는 새로운 서빙 eNB로부터 지리적으로 떨어져 있을 수 있기 때문에 더 이상 효율적인 라우트를 나타낼 수 없다. 결과적으로, 본 발명의 다른 예에서, L-GW 이동성은 SDN을 사용하는 오퍼레이터 네트워크 내에서 지원될 수 있다. UE가 eNB 사이에서 이동할 때 L-GW가 재선택되도록 허용함으로써, UE의 위치에 기초하여 L-GW가 선택될 수 있고, 따라서 고정된 L-GW에 제한되는 것에 비해 오퍼레이터 네트워크를 통한 개선된 라우팅이 획득될 수 있다.

L-GW와 엔트리 라우터 사이의 신뢰성 있는 라우팅을 가능하게 하기 위해, SDN이 사용되지 않았다면, UE가 L-GW 사이에서 이동할 때, 그것은 또한 IP 주소를 새로운 L-GW에 속하는 것으로 변경하는데 필요할 수 있으며, 이는 차례로 UE에서 연결 및 베어러의 상실로 이어질 수 있다. 그러나, L-GW와 엔트리 라우터 사이에서 라우터의 UE 주소 기반 라우팅을 업데이트하는 SDN의 사용을 통해, UE는 L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우터의 흐름 테이블이 관련 UE IP 주소에 대해 SDN 제어기에 의해 업데이트될 수 있기 때문에 IP 주소(IP 주소 보존을 갖는 IP 앵커 이동성)를 유지하면서 L-GW 사이에 전달할 수 있으며, 즉 IP 앵커를 전달할 수 있다. 결과적으로, SDN이 L-GW와 조합하여 사용될 때 UE IP 주소를 상실하지 않고 IP 앵커의 이동을 통한 적응 가능한 라우팅이 획득될 수 있다. 더욱이, 아래에서 설명되는 바와 같이, L-GW와 조합하여 UE 주소 기반 라우팅을 업데이트하는 SDN의 사용은 흐름 테이블 업데이트를 감소시키고, 상이한 데이터 타입 및 애플리케이션에 대한 네트워크 동작을 맞추기 위해 최적화될 수 있다. 결과적으로, UE IP 주소가 더 이상 단일 고정된 P-GW와 연관되지 않기 때문에 PDN 연결이 상실되지 않고 L-GW의 위치가 변경될 수 있고, 라우터의 흐름 테이블은 L-GW의 재배치를 고려하도록 SDN 제어기에 의해 설정될 수 있다. 결과적으로, IP 앵커 이동성은 UE IP 주소 보존과 함께 제공될 수 있으며, 이는 기존의 모바일 오퍼레이터 네트워크에서는 불가능하다.

도 13은 UE 주소 기반 라우팅 및 L-GW를 업데이트하기 위해 SDN을 사용하는 오퍼레이터 네트워크의 예를 제공하며, 여기서 UE(200)와 연관된 L-GW는 이동되었다. 도 13에서, eNB1(204)(도 12에 도시됨)로부터 eNB3(208)로의 UE(200)의 이동에 응답하여, L-GW(1300)의 위치는 서빙 eNB와 L-GW 사이의 더욱 최적의 라우트가 달성되도록 L-GW1(1100)에서 L-GW2로 변경되었다. 이것을 가능하게 하기 위해, L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우터(1302, 1304, 1306, 1308, 1310)의 다수의 흐름 테이블은 IPaddr1의 목적지 주소를 갖는 패킷이 L-GW2(1300)에 정확하게 라우팅되도록 업데이트될 필요가 있다. 예를 들어, L-GW의 오른쪽에 대한 라우터는 L-GW1(1100)에 속하는 IP 주소 범위에 대해 비-UE 특정 와일드 카드 엔트리 라우팅을 여전히 갖고 있지만, UE1의 특정 IPaddr1을 L-GW2로 라우팅하는 더 높은 우선 순위의 흐름 테이블 엔트리가 있을 것이다. 그러나, L-GW의 오른쪽에 대한 라우터의 UE-개개의 흐름 테이블 엔트리는 UE가 L-GW로부터 더 멀리 이동하는 경우에만 발생할 수 있다. L-GW의 왼쪽에 대한 라우터는 또한 업데이트를 필요로 하지만, 이러한 예에서 엔트리 라우터보다 eNB에 더 가까운 L-GW로 인해, 오른쪽 사이드에 비해 더 적은 라우터 업데이트가 필요할 수 있다.

도 14는 L-GW가 이동한 SDN 및 L-GW를 사용하는 오퍼레이터 네트워크의 추가의 예를 제공한다. 도 14의 네트워크의 동작은 도 13의 동작과 유사하지만, IP 터널링은 L-GW와 서빙 eNB 사이에서 이용된다. 따라서, L-GW1(1100)에서 L-GW2(1300)로의 L-GW의 변경을 초래하는 UE 이동성에 따라, L-GW와 eNB 사이의 라우터는 터널의 목적지 주소만이 업데이트되기 때문에 업데이트를 필요로 하지 않는다. 따라서, 도 13에 비해, eNB와 L-GW 사이의 라우터 내의 개개의 UE 엔트리는 필요로 하지 않을 수 있으며, 따라서 라우터 흐름 테이블 업데이트의 수가 감소될 수 있다. 그러나, 이러한 업데이트의 감소는 터널링과 연관된 IP 캡슐화의 사용, 및 L-GW와 엔트리 라우터 사이에서 업데이트될 필요가 있는 라우터(1302, 1304, 1306, 1308, 1310)의 수로 인해 사용자 평면에서 오버헤드를 증가시킬 수 있다.

재배치될 수 있는 L-GW 및/또는 L-GW의 제공에 의해 L-GW가 없는 UE 주소에 기초한 SDN 제어형 오퍼레이터 네트워크 전용 라우팅의 사용과 연관된 단점을 다시 참조하면, 많은 단점이 해결된다. 예를 들어, 고정된 L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우터에 대해, 각각의 UE에 대한 개개의 엔트리가 필요하지 않을 수 있기 때문에 흐름 테이블 엔트리의 수가 감소되지만, 대신에 제한된 UE 이동성의 경우에 비-UE 특정 라우팅이 사용될 수 있다. 더욱이, eNB와 L-GW 사이의 라우터에 관해서, 모든 패킷이 L-GW(하나의 엔트리 포인트)에서 도착하기 때문에, L-GW로부터 관련 eNB로의 라우트만이 커버될 필요가 있으며, 따라서 이러한 라우터의 경우에도 흐름 테이블 엔트리의 수는 감소된다. 마지막으로, 터널링이 L-GW와 함께 사용되면, 개개의 UE 엔트리는 L-GW와 eNB 사이의 라우터의 흐름 테이블에 필요하지 않을 것이며, 따라서 흐름 테이블의 크기 및 이의 업데이트 빈도를 감소시킨다.

L-GW가 고정되지 않고, UE의 IP 주소가 유지된다면, 라우팅은 eNB의 위치에 쉽게 최적화될 수 있다. 그러나, UE IP 주소가 현재의 L-GW가 소유한 주소의 범위에 더 이상 속하지 않을 수 있기 때문에 L-GW와 엔트리 라우터 사이의 다수의 라우터의 흐름 테이블은 업데이트를 필요로 할 수 있으며, 따라서 흐름 테이블 업데이트 복잡성은 L-GW가 사용되지 않는 UE IP 주소에 기초하여 라우팅한 SDN 제어된 오퍼레이터 네트워크 구현에만 연관된 것과 유사할 수 있다.

L-GW의 사용의 추가의 이점은 프로토콜/콘텐츠 최적화 기능이 제공될 수 있는 eNB와 다른 중심 포인트를 제공한다는 것이다. 일부 예에서, UE IP 주소를 변경하지 않고 L-GW의 위치가 여전히 변경될 수 있기 때문에, 콘텍스트 이동은 여전히 지원될 필요가 있을 수 있다. 더욱이, L-GW는 eNB와 엔트리 라우터 사이에 위치될 것이므로, 그것은 페이징 기능의 개시를 위해 더욱 적합한 위치를 제공한다.

상술한 바와 같이, 일부 예에서, UE 이동성으로 인해 L-GW가 재배치될 때 필요한 흐름 테이블 업데이트의 수는 오퍼레이터 네트워크가 L-GW없이 SDN을 사용할 때 필요한 것과 유사할 수 있다. 필요한 흐름 테이블 업데이트의 수를 줄이기 위해, 본 발명의 다른 예에 따르면, IP 주소 대체는 L-GW와 엔트리 라우터 사이의 SDN에 기초하여 구현될 수 있다.

도 15는 IP 주소 대체와 함께 터널링이 사용되는 이동 가능한 L-GW를 갖는 SDN을 사용하는 오퍼레이터 네트워크를 도시한다. 특히, 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 터널링은 서빙 eNB와 L-GW 사이에서 이용되며, 도 8을 참조하여 설명된 IP 주소 대체는 L-GW와 엔트리 라우터 사이에서 이용된다. 특히, 엔트리 라우터에서, IPadd1은 IPaddr1'''로 대체되고, L-GW(1300)에서, IPaddr1'''은 IPaddr1로 대체되며, 여기서 IP 주소 대체는 또한 SDN 제어기에 의해 제어될 수 있다.

UE가 eNB(204)에서 eNB(208)로 이동하고, L-GW가 L-GW1(1100)에서 L-GW2(1300)로 이동하는 예를 취하는 경우, L-GW와 외부 네트워크 사이의 엔트리 라우터의 주소 매핑만이 업데이트될 필요가 있다. 따라서, 오퍼레이터 네트워크가 크지만, L-GW와 인터넷 사이에서 업데이트될 필요가 있는 유일한 라우터는 엔트리 라우터이다. 결과적으로, 도 15에 도시된 네트워크의 복잡성 이득(complexity gain)이 비교적 적지만(도 13의 5개와는 대조적으로 3개의 라우터가 업데이트됨), 이득은 네트워크 크기에 따라 증가할 수 있다. 더욱이, L-GW와 eNB 사이에는 터널링이 이용되기 때문에, 터널 목적지 주소만이 업데이트될 필요가 있으므로 L-GW와 eNB 사이의 라우터의 흐름 테이블은 업데이트될 필요가 없다.

IP 주소 대체의 사용이 또한 서빙 eNB와 L-GW 사이에서 이루어질 수 있지만, 모든 UL 트래픽이 L-GW를 통과해야 한다면 그렇게 할 수 없다. 예를 들어, 모든 트래픽이 L-GW를 확실히 통과하도록 하기 위해, UL에서의 eNB를 떠나는 모든 IP 패킷의 목적지 IP 주소는 L-GW의 IP 주소에 대응해야 한다. 그 다음, L-GW는 이러한 주소를 인터넷 상의 실제 목적지 주소로 다시 매핑해야 한다. 따라서, UE가 인터넷 상의 1000 피어(peer)와 통화하는 경우, 이러한 하나의 UE에 대해 1000개의 L-GW 주소가 예약되어야 하며, 이는 IP 주소를 비효율적으로 사용하는 것이다. 결과적으로, IP 캡슐화를 사용하는 터널링은 서빙 eNB와 L-GW 간의 통신을 위한 라우팅의 더욱 적절한 선택을 제공한다.

도 13 내지 도 15를 참조하여 설명된 바와 같이, L-GW 및 SDN의 사용을 통해, UE의 IP 앵커, 즉 L-GW는 PDN 연결이 유지될 수 있도록 UE의 IP 주소를 유지하면서 이동될 수 있다. 더욱이, 터널링 및 IP 주소 대체와 같은 많은 추가의 라우팅 기술은 향상된 라우팅 및/또는 더 적은 흐름 테이블 업데이트를 달성하기 위해 오퍼레이터 네트워크 내의 라우팅이 제어되도록 허용한다. 따라서, 오퍼레이터 네트워크에서 사용되는 라우팅 기술의 정확한 조합은 네트워크 오퍼레이터의 요구 사항에 따라 달라질 수 있다.

이러한 포인트까지, L-GW는 UE씩 토대(UE by UE basis)에서 선택되는 것으로 설명되었지만, UE가 다수의 L-GW와 연관될 수 있도록 L-GW는 또한 베어러씩(bearer by bearer) 또는 IP 흐름씩(IP flow by IP flow) 토대에서 선택될 수 있으며, 여기서 L-GW는 각각의 베어러/IP 흐름이 필요로 하는 라우팅 특성에 따라 이의 위치에서 변할 수 있다. 더욱이, 이러한 상이한 L-GW는 상이한 연관된 라우팅 기술을 가질 수 있으며, 예를 들어, 제 1 L-GW는 터널링 및 SDN 구현 UE 주소 기반 라우팅을 사용할 수 있고, 제 2 L-GW는 터널링 및 SDN 구현 UE 주소 대체를 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 터널링, SDN 및 주소 대체와 같은 각각의 라우팅 기술 및 L-GW의 위치는 연관된 장단점을 갖는다. 결과적으로, 특정 L-GW 위치와 관련하여 사용된 라우팅 기술의 조합은 UE의 요구 사항 또는 L-GW를 통해 전달되는 데이터의 타입에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, L-GW의 위치 및 연관된 라우팅 기술의 선택은 사용자 평면 지연 요구 사항, UE 이동성/속도, IP 주소 보존이 필요한지 여부, 오퍼레이터 코어 네트워크로부터 데이터를 오프로드(offload)하는 요구 사항, 및 송신되는 데이터의 타입 중 하나 이상에 기초할 수 있다. 더욱이, eNB에 대한 UE의 연결 또는 베어러의 형성 시에 결정되는 L-GW와 연관된 위치 및 라우팅 기술뿐만 아니라, 이들은 또한 UE 위치의 변경, 네트워크 조건의 변경 또는 베어러(들)를 통해 송신되는 데이터 타입의 변경에 응답하여 동작 중에 수정될 수 있다. 예를 들어, MTC(machine-type-communications) 디바이스의 지원을 위해, 송신되는 데이터가 지연 허용(delay tolerant)이 이루어지는 동안 많은 디바이스로 인해 낮은 오버헤드가 바람직할 수 있다. 결과적으로, 터널링의 사용을 최소화하는 것이 유리할 수 있고, 사용자 평면 지연이 허용될 수 있기 때문에 최적의 라우팅의 사용은 중요하지 않을 수 있다. L-GW와 조합된 SDN의 추가의 예시적인 구현은 아래에서 설명된다.

상술한 바와 같이, UE IP 주소는 L-GW 사이에서 이동할 때 보존될 수 있다. 그러나, 이것을 발생하기 위해서는 표준화된 L-GW 재배치 절차가 필요할 수 있다. 예를 들어, L-GW의 재배치 시에, 업데이트를 필요로 하는 흐름 테이블 및 터널 목적지 등은, 가능하다면, 패킷이 이에 따라 자동으로 재라우팅되도록 동시에 업데이트된다. 그러나, 어떤 레벨의 패킷 상실이 허용될 수 있다면, L-GW의 재배치와 흐름 테이블의 업데이트 사이의 완벽한 조정이 필요하지 않을 수 있으며, 따라서 업데이트 프로세스를 단순화할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 패킷 상실이 허용될 수 없거나 감소될 필요가 있는 경우, 다운링크 패킷이 오래된 터널이 제거되었을 때 오래된 L-GW에 도착하지 않도록 제어되는 더욱 복잡한 스위칭 절차가 필요할 수 있고/있거나 엔트리 라우터에 더 가까운 라우터 내의 흐름 테이블은 흐름 테이블 업데이트가 수행될 때 우선 순위가 이루어진다. 상술한 접근법에 추가하여 또는 대안으로서, 오퍼레이터 네트워크의 L-GW 및 라우터의 재설정이 발생하는 동안, 패킷은 예를 들어 엔트리 라우터와 같은 하나 이상의 위치에서 버퍼링될 수 있다. 그러나, 이것은 패킷의 전달의 지연을 증가시킬 수 있다. 유사하게, 패킷 상실을 줄이기 위해 오래된 L-GW와 새로운 L-GW 사이의 패킷 전송이 또한 수행될 수 있다. 다른 예에서, 흐름 최적화 콘텍스트는 또한 L-GW(즉, IP 앵커) 사이로 전송될 수 있다.

상술한 바와 같이, 터널링, UE 주소 기반 라우팅을 갖는 SDN, 및 UE 주소 대체를 갖는 SDN은 L-GW의 위치, 및 eNB와 L-GW 사이 또는 L-GW와 엔트리 라우터 사이에서 이용되는지 여부에 따라 달라질 수 있는 연관된 많은 장단점을 갖는다. 이러한 장단점을 아래에서 요약된다.

eNB와 로컬 게이트웨이 사이의 라우팅

터널링은 목적지 주소만이 변경될 필요가 있기 때문에 UE 이동성과 L-GW의 변경을 효율적으로 처리한다. 그러나, 이것은 IP 캡슐화로 인한 사용자 평면 오버헤드의 증가를 초래할 수 있다. 결과적으로, 터널링은 L-GW와 eNB 사이의 라우팅을 위한 효율적인 솔루션을 제공하는 것으로 나타난다.

흐름 테이블의 개별 UE 엔트리뿐만 아니라 다수의 라우터 흐름 테이블이 업데이트될 필요가 있을 수 있기 때문에, UE IP 주소 기반 라우팅을 갖는 SDN은 이동성이 고려될 때 효율성 측면에서 비교적 열악할 수 있다. 결과적으로, UE 주소 기반 라우팅을 갖는 SDN은 UE의 수가 적고 흐름 테이블 업데이트가 정기적으로 필요하지 않는 것과 같은 이동성이 거의 없거나 전혀 없을 때 유용한 것으로 나타난다.

IP 주소 대체를 갖는 SDN은 이동성이 고려될 때 UE IP 주소 기반 라우팅을 갖는 SDN에 비해 업데이트 효율성의 측면에서 개선을 제공한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 그것은 L-GW에서 다수의 업링크 주소를 필요로 할 수 있으며, 따라서 그것은 오퍼레이터 네트워크에 대한 엔트리 라우터만이 업데이트될 필요가 있기 때문에 제한된 수의 목적지 주소가 업링크에서 사용될 때 사용하기에 적절하게 보인다.

로컬 게이트웨이와 엔트리 라우터 사이의 라우팅

eNB와 L-GW 사이의 라우팅에 관해서, L-GW가 소유한 IP 주소에 기초한 비-UE 특정 라우팅은 관련 UE가 고정되어 있는 경우, IP 주소 보존이 이동성에서 필요하지 않는 경우, 또는 제한된 UE 이동성만이 존재하고, L-GW가 UE가 잠재적으로 방문한 모든 eNB에 대한 L-GW로서 계속 역할을 할 수 있는 경우에 양호한 솔루션이 될 수 있다.

너무 빈번한 L-GW 이동성이 없으면, 즉 이동성의 대부분이 L-GW 아래에서 처리될 수 있으며, 따라서 흐름 테이블 업데이트의 빈도를 제한하는 경우, UE 주소 기반 라우팅을 갖는 SDN은 수락 가능한 솔루션이 될 수 있다. 이 경우에, L-GW의 위치는 L-GW 이동성이 너무 빈번하게 발생하지 않도록, 즉 eNB로부터 더 멀리 위치되도록 선택되어야 한다.

UE IP 주소 대체를 갖는 SDN은 오퍼레이터 네트워크에 대한 엔트리 라우터만이 업데이트될 필요가 있기 때문에 이동성이 고려될 때 UE 주소 기반 라우팅을 갖는 SDN에 비해 효율성의 측면에서 개선을 제공한다. 결과적으로, 그것은 IP 보존이 필요하고, L-GW 이동성이 발생할 수 있는 시나리오에 적합할 것으로 보인다.

로컬 게이트웨이 위치

L-GW 배치의 측면에서, 많은 절충안(trade-off)이 또한 발생한다. 예를 들어, eNB에 가까운 L-GW의 배치는 통상적으로 낮은 사용자 평면 지연을 초래하지만, UE 이동성에서의 IP 주소 보존이 없음, (UE IP 주소 보존을 포함하는) 빈번한 L-GW UE 콘텍스트 이동 및 UE 이동성에서의 흐름 테이블 업데이트, 또는 초기 L-GW가 UE 이동성 후에 남아있는 경우의 차선 라우팅(suboptimal routing)을 초래할 것이다.

L-GW가 eNB로부터 더 멀리 위치되면, 차선 라우팅으로 인해 증가된 사용자 평면 지연이 통상적으로 발생하지만, 단일 L-GW가 여러 eNB에 대해 작용할 수 있기 때문에 UE 이동성 및 덜 빈번한 L-GW UE 콘텍스트 이동에서의 더 쉬운 IP 주소 보존을 발생할 수 있다. 더욱이, eNB에서 L-GW를 더 멀리 배치하면, 라우터 계층을 더욱 발전시켜 네트워크가 더욱 중앙 집중화될 수 있으므로 서버 가용성의 비용이 절감될 수 있다.

L-GW 위치 결정(positioning)은 SDN을 사용하는 오퍼레이터 네트워크의 관리에 중요한 도구를 제공하며, 따라서 그것은 SDN 제어기, MME, 전용 L-GW 제어기와 같은 중앙 네트워크 엔티티의 제어 하에 있거나, 이러한 네트워크 요소 중 하나 이상 사이에서 협력을 통해 이루어질 수 있다. 그러나, 어떤 환경에서, 그것은 서빙 eNB에 의해 결정될 수 있다. 더욱이, L-GW 위치를 최적화하기 위해, 그것은 담당 네트워크 요소가 예를 들어 전달되는 트래픽의 타입, 현재 네트워크 조건 및 UE 이동성 중 하나 이상에 관한 정보에 액세스할 수 있는 경우에 유리할 수 있다.

다양한 라우팅 기술의 특성을 고려할 때, 적절한 라우팅 기술 및 L-GW 위치는 네트워크가 지원하는 상이한 사용 케이스, 즉 MTC, 이동 광대역 등에 대해 선택될 수 있다. 상이한 라우팅 기술 및 상이한 사용 시나리오에 사용될 수 있는 L-GW 위치를 예시하기 위해, 다수의 사용 예가 아래에서 조사되고, 도 16에 예시된다.

MASSIVE MTC

m-MTC(Massive MTC)는 스마트 계량기와 같이 비시간적으로 중요한(non-time critical) 비교적 소량의 데이터를 비교적 드물게 송신하는 주로 고정된 다수의 디바이스를 특징으로 한다. 결과적으로, 사용자 평면 지연의 레벨은 중요하지 않지만, 다수의 비교적 작은 송신으로 인해 송신 당 데이터 오버헤드 및 비용이 비교적 적은 것이 바람직하다. 더욱이, 이러한 디바이스는 주로 고정되어 있기 때문에, UE 이동성을 효율적으로 처리하는 능력은 보다 덜 중요하다.

비용은 m-MTC 통신의 주요 요인이고, 통신 지연은 거의 관련이 없으므로, LNW를 eNB에서 멀리 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 어떤 환경에서, 그것은 L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우팅이 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않도록 네트워크 오퍼레이터의 중앙 사이트에 위치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 필요하다면, 이러한 라우팅은 UE가 이동성이 없기 때문에 비-UE 특정 라우팅(L-GW 주소 범위를 갖는 SDN)을 사용하여 수행될 수 있으며, 이것이 이동할지라도, L-GW가 eNB로부터 멀리 있기 때문에, 그것은 L-GW를 변경할 필요가 없을 수 있다. L-GW와 eNB 사이의 라우팅 기술과 관련하여, 터널링 또는 주소 대체 중 하나가 사용될 수 있지만, 터널링과 연관된 오버헤드가 회피될 수 있기 때문에 UE가 업링크에서 소수의 목적지 주소(m-MTC 디바이스의 경우일 수 있음)와만 통신하는 경우에 주소 대체가 바람직할 수 있다. 도 16에서, UE1(1600)은 m-MTC 디바이스이고, 이의 L-GW는 라우터(1602)에 위치된다. eNB(204) 사이의 라우팅은 터널링(1604)을 사용하는 터널링을 통해 수행되는 것으로 예시되지만, IP 주소 대체가 또한 사용될 수 있다.

CRITICAL MTC

c-MTC(Critical MTC)는 시간에 중요한 비교적 소량의 데이터를 송신하는 환경 모니터링 또는 기계 제어 및 모니터링과 같이 m-MTC에 비해 적은 수의 주로 고정된 디바이스를 특징으로 한다. 결과적으로, 사용자 평면 지연 레벨은 중요하다. 더욱이, m-MTC와 유사하게, 이러한 디바이스는 주로 고정되어 있기 때문에, UE 이동성을 효율적으로 처리하는 능력은 덜 중요하다.

결과적으로, c-MTC UE는 UE 위치 또는 심지어 eNB에 가까운 L-GW와 연관되어 있으며, 따라서 낮은 전송 지연을 가능하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 더욱이, c-MTC UE가 고정될 수 있고, 따라서 L-GW가 변경될 수 없기 때문에, 로컬 Enb가 소유한 IP 주소는 UE에 할당될 수 있다(즉, UE 개별 흐름 테이블 엔트리가 없고, 터널링이 없음). eNB가 소유하는 IP 주소 및 낮은 이동성을 UE에 할당한 결과로서, 비-UE 특정 라우팅은 확장된 흐름 테이블 업데이트의 가능성을 실질적으로 증가시키지 않고 사용될 수 있다. 도 16에서, UE 2(1610)는 c-MTC 디바이스이고, 이의 L-GW는 eNB(204)에 위치된다.

EVOLVED MOBILE BROADBAND - HIGH MOBILITY

높은 이동성 eMBB(evolved mobile broadband)는 스마트 폰에서 미디어 스트리밍과 같은 높은 데이터 전송 속도 애플리케이션을 특징으로 하며, 여기서 스마트 폰은 비교적 고속으로 이동하기 때문에 eNB 간에 정기적으로 전환된다. 결과적으로, 이동성 및 eNB 변경은 효율적으로 처리되어야 하며, IP 주소 보존은 연결이 끊어질 가능성을 줄이기 위해 제공되어야 한다. 도 16에서, UE 3(1620)은 높은 이동성 UE이고, 이의 L-GW는 라우터(1622)에 위치되며, 여기서 eNB(206)와 L-GW(1622) 사이의 라우팅은 터널(1624)을 사용하는 터널링을 통해 수행되고, L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우팅은 도 8 및 도 15를 참조하여 설명된 바와 같이 IP 주소 대체를 사용하여 수행된다.

높은 이동성 스마트 폰 사용자가 네트워크에서 비교적 높은 L-GW로 처리되는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 콘텐츠 제공을 여전히 UE에 비교적 가깝게 유지하면서 이동성 변경이 터널 엔드포인트 주소 업데이트로 효율적으로 처리되도록 허용할 것이다. SDN은 IP 주소 보존(예를 들어, 음성 호출)을 필요로 하는 베어러 및 IP 주소 보존을 필요로 하지 않는 베어러에 대해 사용될 수 있고, 새로운 L-GW 및 새로운 IP 주소는 더 최적의 라우팅을 초래하는 L-GW를 선택하기 위해 UE 이동성에 할당될 수 있다. SDN 동작, 즉 흐름 테이블 업데이트를 제한하기 위해, 이동성의 경우, L-GW와 엔트리 라우터 사이에서 "UE 주소 대체(replacing UE address)"에 기초한 접근법이 사용될 수 있다.

EVOLVED MOBILE BROADBAND - LOW MOBILITY

낮은 이동성 eMBB는 높은 이동성 eMBB와 유사한 특성을 갖지만, eNB 간에 이동하는 가능성이 낮기 때문에 이동성을 효율적으로 처리하기 위한 요구 사항이 감소된다.

낮은 이동성 스마트 폰이 eNB에 더 가까운 L-GW로 처리되며, 따라서 콘텐츠 제공/사용자 평면 지연을 최적화하는 것이 바람직할 수 있다. 사용자가 이동하면, SDN은 IP 주소 보존을 필요로 하는 베어러에 대한 L-GW 변경을 지원하는데 사용될 수 있다. UE가 속도를 변경하면, SDN은 적절한 베어러에 대한 네트워크에서 L-GW를 더 높게 이동시키는데 사용될 수 있다. 도 16에서, UE 4(1630)는 낮은 이동성 UE이고, 이의 L-GW는 서빙 eNB(208)에 가까운 라우터(1632)에 위치된다. eNB(208)와 L-GW(1632) 사이의 라우팅은 터널(1634)을 사용하는 터널링을 통해 수행되고, L-GW와 엔트리 라우터 사이의 라우팅은 UE 주소 기반 라우팅을 갖는 SDN을 사용하여 수행된다.

상술한 시나리오, 라우팅 기술 및 L-GW 위치 조합은 단지 본 발명의 예이고, 다양한 조합은 설명된 시나리오에서의 사용에 제한되지 않고, 다양한 라우팅 기술이 왼쪽 사이드 또는 오른쪽 사이드 라우팅(즉, UE와 L-GW 사이 및 L-GW와 엔트리 라우터 사이)으로 제한되지 않는다. 더욱이, 오른쪽 및 왼쪽 사이드 상의 라우팅 기술 및 L-GW 위치의 임의의 조합이 사용될 수 있지만, 일부는 사용 시나리오에 따른 다른 것보다 더 적합할 수 있다.

라우팅 기술 및 L-GW 위치의 조합은 또한 UE, 네트워크 슬라이스, 베어러 또는 IP 흐름에 대해 고정될 수 없고, 트래픽의 타입, UE의 이동성, 네트워크 자원의 비용, IP 주소 보존에 대한 필요성 및 네트워크 조건을 포함하는 요인에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, UE의 이동성이 증가하거나 증가할 것으로 예상되는 경우, 연관된 L-GW는 eNB 간의 UE의 이동이 더욱 효율적으로 처리될 수 있도록 eNB로부터 더 멀리 이동될 수 있다.

더욱이, 예를 들어 L-GW 이동성, 흐름 테이블 업데이트 및 IP 주소 대체와 같은 상술한 기능은 임의의 적절한 모바일 네트워크 엔티티에 의해 구현되거나 모바일 오퍼레이터 네트워크를 통해 분산된 방식으로 구현될 수 있다.

Claims (14)

1. 하나 이상의 라우터를 통해 모바일 단말기와 패킷 데이터 네트워크 간에 데이터 패킷을 전달하도록 배치된 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법으로서, 상기 하나 이상의 라우터는 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 라우팅 정보를 포함하는, 상기 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법에 있어서,
   상기 모바일 단말기와 연관된 제 1 인터넷 프로토콜(IP) 주소와 상기 패킷 데이터 네트워크와 연관된 제 2 IP 주소 사이에 데이터 패킷을 전달하기 위한 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계로서, 상기 데이터 패킷 경로는 제 1 로컬 게이트웨이를 포함하고, 로컬 게이트웨이는 상기 데이터 패킷 경로를 통해 상기 제 2 IP 주소에서 상기 제 1 IP 주소로 전달되는 모든 데이터 패킷이 통과해야 하는 상기 이동 통신 네트워크 내의 제 1 포인트인, 상기 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계;
   상기 데이터 패킷 경로를 통해 상기 제 1 IP 주소와 상기 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하는 단계;
   제 2 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계;
   상기 제 2 로컬 게이트웨이가 상기 데이터 패킷 경로 내의 상기 제 1 로컬 게이트웨이를 대체하도록 상기 라우터 중 적어도 하나의 상기 라우팅 정보를 업데이트하는 단계; 및
   상기 데이터 패킷 경로를 통해 상기 제 1 IP 주소와 상기 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하는 단계를 포함하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 또는 제 2 로컬 게이트웨이와 상기 패킷 데이터 네트워크 사이의 데이터 패킷 라우팅은 IP 주소 대체 라우팅 또는 IP 주소 기반 라우팅에 기반하는 것을 특징으로 하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 라우팅 정보를 업데이트하는 단계는,
   상기 제 2 로컬 게이트웨이에 관한 정보를 라우팅 제어기에 제공하는 단계;
   상기 라우팅 제어기에서, 상기 제 1 IP 주소와 연관된 라우팅 정보를 결정하는 단계; 및
   상기 결정된 라우팅 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 라우터의 상기 라우팅 정보를 업데이트하는 단계를 포함하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   주소 대체가 사용될 때, 상기 라우팅 정보를 업데이트하는 단계는 상기 적어도 하나의 라우터에서 상기 대체 IP 주소를 업데이트하는 단계를 포함하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   IP 주소 기반 라우팅이 사용될 때, 상기 라우팅 정보를 업데이트하는 단계는 상기 적어도 하나의 라우터에서 라우팅 테이블을 업데이트하는 단계를 포함하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계는,
   상기 모바일 단말기의 위치, 상기 모바일 단말기의 이동성, 상기 데이터 패킷에 포함된 데이터의 타입, 상기 이동 통신 네트워크의 조건, 상기 모바일 단말기와 상기 패킷 데이터 네트워크 간의 최적의 라우팅, 및 사용자 평면 지연 요구 사항 중 하나 이상에 기초하여 상기 제 2 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계를 포함하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 데이터 패킷 경로는 하나 이상의 베어러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 데이터 패킷 경로는 하나 이상의 IP 흐름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 데이터 패킷 경로를 통해 데이터 패킷을 전달하는 단계는 IP 터널링, IP 주소 대체, IP 주소 기반 라우팅 중 하나에 따라 상기 제 1 IP 주소와 상기 제 1 또는 제 2 로컬 게이트웨이 사이에 데이터 패킷을 라우팅하는 단계를 포함하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 IP 주소는 상기 제 1 로컬 게이트웨이에 할당된 IP 주소의 범위와 연관되는 것을 특징으로 하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 IP 주소와 상기 제 2 IP 주소 사이에 데이터 패킷을 전달하기 위한 데이터 패킷 경로를 형성하는 단계는, 상기 모바일 단말기의 위치, 상기 모바일 단말기의 이동성, 상기 데이터 패킷에 포함된 데이터의 타입, 상기 이동 통신 네트워크의 조건, 상기 모바일 단말기와 상기 패킷 데이터 네트워크 간의 최적의 라우팅, 및 사용자 평면 지연 요구 사항 중 하나 이상에 기반하여 상기 제 1 로컬 게이트웨이를 선택하는 단계를 포함하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 로컬 게이트웨이는 상기 제 1 IP 주소를 상기 모바일 단말기에 할당하는 것을 특징으로 하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 통신 네트워크는 무선 액세스 인터페이스를 통해 데이터 패킷을 상기 모바일 단말기에 전달하도록 배치된 하나 이상의 기지국, 및 상기 이동 통신 네트워크와 패킷 데이터 네트워크 사이에 패킷을 전달하도록 배치된 하나 이상의 엔트리 라우터를 포함하며, 로컬 게이트웨이는 기지국, 엔트리 라우터, 및 상기 하나 이상의 기지국과 상기 하나 이상의 엔트리 라우터 사이의 라우터 중 어느 하나에 위치되는 것을 특징으로 하는, 이동 통신 네트워크를 동작하는 방법.
14. 모바일 단말기, 데이터 패킷 네트워크와 상기 모바일 단말기 사이에 데이터 패킷을 라우팅하기 위한 하나 이상의 라우터, 및 로컬 게이트웨이를 포함하는 이동 통신 네트워크로서, 로컬 게이트웨이는 상기 패킷 데이터 네트워크로부터 상기 모바일 단말기로 전달되는 모든 데이터 패킷이 통과해야 하는 상기 이동 통신 네트워크 내의 제 1 포인트인, 상기 이동 통신 네트워크에 있어서,
    상기 이동 통신 네트워크는,
    상기 모바일 단말기와 연관된 제 1 인터넷 프로토콜(IP) 주소와 상기 패킷 데이터 네트워크와 연관된 제 2 IP 주소 사이에 데이터 패킷을 전달하기 위해 제 1 로컬 게이트웨이를 포함하는 데이터 패킷 경로를 형성하고;
    상기 데이터 패킷 경로를 통해 상기 제 1 IP 주소와 상기 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하고;
    제 2 로컬 게이트웨이를 선택하고;
    상기 제 2 로컬 게이트웨이가 상기 데이터 패킷 경로 내의 상기 제 1 로컬 게이트웨이를 대체하도록 상기 라우터 중 적어도 하나의 상기 라우팅 정보를 업데이트하며;
    상기 데이터 패킷 경로를 통해 상기 제 1 IP 주소와 상기 제 2 IP 주소 사이에 하나 이상의 데이터 패킷을 전달하도록 배치되는, 이동 통신 네트워크.

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