KR20190043095A

KR20190043095A - 이동 통신 시스템에서 세션의 up 연결 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20190043095A
Application number: KR1020180122803A
Authority: KR
Inventors: 강유화; 김창기; 박노익
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-04-25

Abstract

이동 통신 시스템에서 세션의 UP 연결 제어 방법 및 장치가 제공된다. 단말의 상태가 아이들 상태(CM_IDLE)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU(packet data unit) 세션별로 UP 연결을 선택적으로 활성화시킨다. 그리고 단말의 상태가 연결 상태(CM_CONNECTED)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU 세션별로 UP 연결을 선택적으로 비활성화시킨다.

Description

이동 통신 시스템에서 세션의 UP 연결 제어 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling UP connection of session in mobile communication system}

본 발명은 세션 관리에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자며, 이동 통신 시스템에서 단말의 세션의 UP(user plane) 연결을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 표준화된 4세대 이동 통신은 현재 상용화 중이며, 차세대 이동 통신(예: 5세대 이동 통신) 서비스의 요구사항 및 구조에 대한 표준화가 진행 중이다. 차세대 이동 통신 네트워크인 5G 네트워크 아키텍처는 가상화 등을 고려하여 논리적인 기능 단위로 설계되었으며, CP(Control Plane)와 UP(User Plane)를 기능(function)별로 구분하고, AN(Access Network)과 CN(Core Network)의 의존성을 최소화하는 원칙 등을 토대로, 설계되었다.

3GPP LTE(long term evolution) 네트워크에서, 단말(예: User Equipment, UE)은 하나의 DN(Data Network)에 대해 하나의 PDN(Packet Data Network) 연결(connection)을 가질 수 있었으나, 3GPP 5G 네트워크에서는 하나의 DN에 다수의 PDU(Protocol Data Unit) 세션(sessions)을 가질 수 있다.

단말이 하나의 DN에 연결한 다수의 PDU 세션은 항상 모든 PDU 세션에서 데이터를 전송하지 않을 수도 있다. 따라서, 실제 데이터 전송이 발생하지 않는 PDU 세션에 대한 UP 연결을 설정하여 자원을 낭비하게 되는 문제점이 있다.

관련 선행 문헌으로는 미국 특허 출원 공개 번호 "2017-0366399호"에 기재된 "SYSTEMS AND METHODS FOR USER PLANE PATH SELECTION, RESELECTION, AND NOTIFICATION OF USER PLANE CHANGES"이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단말의 상태에 따라, PDU 세션의 UP 연결을 선택적으로 활성화 또는 비활성화시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따른 방법은, 차세대 네트워크 기반의 이동 통신 시스템에서 세션의 UP(user plane) 연결을 제어하는 방법으로서, 단말의 상태를 확인하는 단계; 상기 단말의 3GPP 액세스 상태가 아이들 상태(CM_IDLE)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU(packet data unit) 세션별로 UP 연결을 선택적으로 활성화시키는 단계; 상기 단말의 Non-3GPP 액세스 상태가 아이들 상태(CM_IDLE)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU(packet data unit) 세션별로 UP 연결을 UE 정책에 의해 3GPP 액세스에서 선택적으로 재활성화시키는 단계; 및 상기 단말의 상태가 연결 상태(CM_CONNECTED)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU 세션별로 UP 연결을 선택적으로 비활성화시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 다수의 PDU 세션에 대한 실제 데이터 전송 여부를 기반으로 UP 연결을 선택적으로 비활성화 또는 활성화시킬 수 있다. 즉, 단말이 아이들(IDLE) 상태에 있는 경우에는 PDU 세션의 UP 연결을 선택적으로 활성화(Selective Activation)하고, 단말이 연결(CONNECTED) 상태인 경우에는 PDU 세션의 UP 연결을 선택적으로 비활성화(Selective Deactivation)할 수 있다.

이에 따라, 다수 PDU 세션의 UP 연결들이 모두 활성화되어 있거나, PDU 세션별로 UP 연결을 비활성화하지 못해 모두 유지하는 유무선 UP 자원의 낭비를 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 세션의 UP(user plane) 연결 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 세션 제어 장치의 구조도이다.

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.

명세서 전체에서, 단말(terminal)은, 사용자 장비(user equipment, UE), 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 기계형 통신 장비(machine type communication device, MTC device) 등을 지칭할 수도 있고, UE, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

또한, 기지국(base station, BS)은 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNB), gNB, 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 매크로 기지국(macro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, NB, eNB, gNB, ABS, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템은 다양한 이동 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 예를 들면, 이동 통신 네트워크 시스템은 5G 및 그 이후의 이동 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의상 5G 기반의 이동 통신 네트워크에 적용되는 것을 예로 들어서 설명하지만, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고 다양한 이동 통신 네트워크에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템에서 세션의 UP(user plane) 연결 제어 방법 및 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템의 구조를 나타낸 도이다.

첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템은 차세대 이동 통신 네트워크를 기반으로, AN(Access Network)과 CN(Core Network)의 의존성을 최소화하는 구조로 이루어지며, CN의 CP(Control Plane)와 UP(User Plane)이 기능별로 구분될 수 있다.

단말(1)은 AN(2)을 통해 CN에 접속할 수 있다. AN(2)은 3GPP 액세스(21)와 Non-3GPP 액세스(22)를 포함한다. 단말(1)은 3GPP 액세스(21)를 통해 셀룰러 이동 무선 액세스 네트워크로 접속할 수 있으며, Non-3GPP 액세스(22)를 통해 무선랜 액세스 네트워크로 접속할 수 있다.

AMF(Access and Mobility Management Function)(31)는 단말 단위의 접속 및 이동성 관리를 담당하며, SMF(Session Management function)(32)는 세션 관리 기능을 담당한다. AMF와 SMF는 기존의 MME(Mobility Management Entity)의 기능을 CM(Connection Management), RM(Registration Management) 및 MM(Mobility Management) 등의 기능과 SM(Session Management) 기능으로 크게 기능별로 모듈화한 것으로 볼 수도 있다.

SMF(32)는 구체적으로, 세션 관리 기능(세션의 설정/변경/해제)을 가지며, 트래픽 경로 설정, 트래픽 이동 관리를 위한 신호 절차를 수행한다. 즉, SMF(32)는 UPF(33)와 액세스 네트워크(2)간의 데이터 경로를 제어한다. AMF(31)는 단말(1)과 함께 NAS(Non-access stratum) 시그널 인터페이스인 N1을 가진다.

UPF(User Plane Function)(33)는 N3 인터페이스를 통해 다중 액세스 네트워크(21, 22)을 통합적으로 수용하는 데이터 평면의 네트워크 엔터티이다. UPF(33)는 다중 액세스 네트워크(21, 22)와 DN(Data Network)(4)간에 데이터 평면을 연결하며, 이를 통해 단말(1)(즉, 사용자)의 트래픽이 송수신될 수 있다. UPF(33)는 S-GW(serving-gateway)와 P-GW(Packet Data Network -gateway)이 일원화된 것으로 볼 수 있다.

UPF(33)와 AN(2)은 SMF(32)로부터 N4 또는 N2 인터페이스를 통해 단말(1)에 대한 라우팅 룰을 수신하며, 수신한 라이팅 룰을 통해 IP 라우팅 기능을 수행한다.

DN(4)은 하향링크 방향으로 전송할 PDU(Protocol Data Unit)를 UPF로 전달하거나 단말(1)이 보낸 PDU를 UPF(33)를 통해 받는다.

한편, N1은 기존 이동 통신 시스템(예: LTE(long term evolution)의 NAS(Non Access Stratum) 인터페이스에 대응하며, N4는 CP 기능과 UP 기능 사이의 인터페이스이고, N2 인터페이스는 기존 LTE의 S1AP에 대응하고, N3 인터페이스는 S1-U에 대응한다고 볼 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템은 3GPP 액세스(21)와 Non-3GPP 액세스(22)를 동시에 수용하는 통합 구조이다. 이러한 통합 구조에서, 단말(1)에게 서비스 제공을 위한 트래픽(데이터, 음성 등) 전송을 위해서 N1 및 N2 시그널링을 통하여 단말(1)과 DN(4) 사이의 PDU 세션(Session)을 설정하며, 서비스 제공이 끝나면 해당 PDU 세션을 해제한다. 하나의 단말(1)은 다수의 PDU 세션을 생성할 수 있으며, 각 PDU 세션은 PDU 세션 식별자(Identifier, ID)에 의해 구분될 수 있다.

하나의 DN에 다수의 PDU 세션이 형성될 수 있다. 하나의 단말(1)이 동일 DNN(Data Network Name) 및 서로 다른 DNN 에 대해서 PDU 세션을 1개 이상 설정할 수 있으며, 또한 3GPP 액세스 또는 Non-3GPP 액세스를 통하여 동일한 N1 시그널링 메시지를 사용하여 설정할 수 있다. 단말(1)에 대한 서비스 제공이 종료되거나 서비스 제공을 위한 사용자 트래픽 세션의 제어가 필요할 때, 상황에 따라서 단말(1) 또는 네트워크에서 트리거링(Triggering)하여서 해당 PDU 세션을 제어할 수 있다.

단말(1)의 하향링크 데이터가 사용자 평면 기능(User Plane Function, UPF)에 도착될 때, UPF부터 단말(1)까지 사용자 평면 연결(User Plane Connection, UP 연결)이 활성화되어 있는 경우에 하향링크 데이터가 전송될 수 있다. UP 연결은 무선 베어러(radio bearer)와 N3 터널(tunnel) 연결에 대응한다.

본 발명의 실시 예에서는 PDU 세션의 UP 연결을 활성화 또는 비활성화하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 단말의 CM(Connection Management) 상태에 따라 액세스별로 연결된 PDU 세션의 UP 연결을 PDU 세션별로 활성화하거나 비활성화한다. 이 때, 네트워크에 의해 트리거된 서비스 요청 절차(network triggered service request procedure) 또는 단말에 의해 트리거된 서비스 요청 절차를 통해 PDU 세션의 UP 연결을 PDU 세션별로 활성화하거나 비활성화할 수 있다.

단말의 CM 상태는 CM_CONNECTED 상태와 CM-IDLE 상태로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 단말이 코어 네트워크에 등록되어 있는 지의 여부에 따라 CM(Connection management)_DEREGISTERED 상태와 CM_REGISTERED 상태로 나누어질 수 있으며, CM_REGISTERED 상태에서, 예를 들어 단말의 NAS 시그널링(signaling) 연결 유무에 따라서, CM_CONNECTED 상태와 CM_IDLE 상태로 나눠질 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 세션의 UP 연결 제어 방법의 흐름도이다.

첨부한 도 2와 같이, 먼저, 단말의 상태를 확인한다(S00). 예를 들어, 도 1에서, 단말에 대한 트래픽 전송을 위해서 단말(1)과 DN(4) 사이에 PDU 세션이 생성된 상태에서, AMF(31)는 단말의 상태를 확인한다.

단계(S100)에서 확인된 단말의 상태가 3GPP 액세스에서 CM_CONNECTED 상태로 판단되는 경우(S110), UP 연결을 선택적으로 비활성화시킨다(S120). PDU 세션별로 독립적으로 UP 연결이 비활성화될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 단말에 대해 형성된 다수의 PDU 세션에서, 데이터 전송이 이루어지고 있지 않은 임의 PDU 세션의 UP 연결을 비활성화시킬 수 있다. 비활성화시, 예를 들어, 도 1에 도시된 AMF(31)는 단말 또는 네트워크 트리거된 서비스 요청 절차를 수행하여, PDU 세션에 대한 UP 연결을 비활성화시킨다.

한편, 단말의 상태가 3GPP 액세스에서 CM_IDLE 상태로 판단되는 경우(S130), UP 연결을 선택적으로 활성화시킨다(S140). PDU 세션별로 독립적으로 UP 연결이 활성화될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 단말에 대해 형성된 다수의 PDU 세션에서, 데이터 전송이 이루어지는 임의 PDU 세션의 UP 연결을 비활성화시킬 수 있다. 활성화시, 예를 들어, 도 1에 도시된 AMF(31)는 단말 또는 네트워크 트리거된 서비스 요청 절차를 수행하여, PDU 세션에 대한 UP 연결을 활성화시킨다.

하나의 구체적인 일례로서, 도 1에 도시된 UPF(33)는 단말(1)의 3GPP 액세스에 대한 PDU 세션과 관련된 하향링크 데이터를 DN(4)으로부터 수신하는 경우, UPF(33)는 SMF(32)로 데이터가 수신되었음을 통보하며, SMF(32)는 수신한 하향링크 데이터와 관련된 AMF(31)를 결정하고, 결정된 AMF(31)로 우선 순위 및 PDU 세션 아이디(ID)를 포함하는 메시지(예를 들어, N11 메시지)를 전송한다. AMF(31)는 수신한 PDU 세션 ID와 관련된 단말(1)의 상태를 확인하여, 단말(1)의 상태가 3GPP 액세스에서 CM_IDLE 상태로 판단되면, 해당 PDU 세션의 UP 연결을 활성화시킨다.

AMF(31)는 3GPP 액세스(21)로 페이징(Paging) 메시지를 전송하고 3GPP 액세스(21)는 단말(1)로 페이징 메시지를 전송하며, 이에 따라 단말(1)이 단말 트리거된 서비스 요청 절차를 수행할 수 있다. 여기서, 페이징 메시지는 PDU 세션에 관련된 액세스 타입(access type)을 포함하며, 단말(1)은 NAS 서비스 요청 메시지를 사용하여 3GPP 액세스를 통해 네트워크에 액세스할 수 있다. NAS 서비스 요청 메시지는 수신된 액세스 타입에 연관되고 UP 연결이 3GPP 액세스를 통해 활성화될 수 있는 PDU 세션의 리스트를 포함할 수 있다. NAS 서비스 요청 메시지의 PDU 세션의 리스트에 포함되어 있으며 단말이 페이징된 임의 PDU 세션에 대해, AMF(31)은 해당 PDU 세션의 UP 연결을 3GPP 액세스를 통해 활성화시킨다.

한편, 단말의 상태가 Non-3GPP 액세스에서 CM_IDLE 상태로 판단되는 경우, UP 연결을 선택적으로 재활성화시킨다(S150). PDU 세션별로 독립적으로 UP 연결이 활성화될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 단말에 대해 형성된 다수의 PDU 세션에서, 데이터 전송이 이루어지는 임의 PDU 세션의 UP 연결을 비활성화시킬 수 있다. 활성화시, 예를 들어, 도 1에 도시된 AMF(31)는 단말 또는 네트워크 트리거된 서비스 요청 절차를 수행하여, PDU 세션에 대한 UP 연결을 활성화시킨다. 단말이 33GPP 액세스 및 Non-3GPP 액세스에 모두 등록되어 있고 Non-3GPP 액세스에서 CM_IDLE 상태인 경우, 단말 정책(UE Policy)을 토대로, 단말 트리거된 서비스 요청 절차에 의해, 3GPP 액세스에서 PDU 세션에 대한 UP 연결이 재활성화(Reactivation)될 수 있다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따르면, 단말이 IDLE 상태에서는 PDU 세션의 UP 연결을 선택적으로 활성화하고, 단말이 CONNECTED 상태일 때는 선택적으로 비활성화할 수 있다. 이에 따라, 다수 PDU 세션의 UP 연결이 모두 활성화되어 있거나 PDU 세션별로 UP 연결을 비활성화하지 못해 모두 유지하는 유무선 UP 자원의 낭비를 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 세션 제어 장치의 구조도이다.

첨부한 도 3에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 세션의 UP 연결 제어 장치(설명의 편의상, 세션 제어 장치라고 명명함)(100)는, 프로세서(110), 메모리(120), 입력 인터페이스 장치(130), 출력 인터페이스 장치(140), 네트워크 인터페이스(150) 및 저장 장치(160)를 포함하며, 이들은 버스(170)를 통해 통신할 수 있다.

프로세서(110)는 위의 도 2를 토대로 설명한 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(110)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU)이거나, 또는 메모리(120) 또는 저장 장치(160)에 저장된 명령을 실행하는 반도체 장치일 수 있다.

메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되고 프로세서(110)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(120)는 프로세서(110)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)를 저장하고 있거나 저장 장치(160)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장할 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(120)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다. 메모리는 ROM(read only memory)(121) 및 RAM(random access memory)(122)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 메모리(120)는 프로세서(110)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리(120)는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서(110)와 연결될 수 있다.

네트워크 인터페이스 장치(150)는 네트워크에 연결되어 신호를 송수신하도록 구성된다.

이러한 구조로 이루어지는 세션 제어 장치(100)는 도 1의 AMF에 포함되는 형태로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 사업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

차세대 네트워크 기반의 이동 통신 시스템에서 세션의 UP(user plane) 연결을 제어하는 방법으로서,
단말의 상태를 확인하는 단계;
상기 단말의 3GPP 액세스 상태가 아이들 상태(CM_IDLE)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU(packet data unit) 세션별로 UP 연결을 선택적으로 활성화시키는 단계;
상기 단말의 Non-3GPP 액세스 상태가 아이들 상태(CM_IDLE)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU(packet data unit) 세션별로 UP 연결을 UE 정책에 의해 3GPP 액세스에서 선택적으로 재활성화시키는 단계; 및
및 상기 단말의 상태가 연결 상태(CM_CONNECTED)인 경우, 상기 단말에 연결된 PDU 세션별로 UP 연결을 선택적으로 비활성화시키는 단계
를 포함하는 연결 제어 방법.