KR20190098049A - 대규모 연결성을 지원하는 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

대규모 연결성을 지원하는 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 방법 및 장치가 제공된다. 기지국이, MME(Mobility Management Entity)로부터 과부하 등급을 포함하는 메시지를 수신하고, 과부하 등급과 미리 설정된 등급별 접속 제한 정보에 따라, 상기 MME로의 접속을 선택적으로 허용한다.

Description

대규모 연결성을 지원하는 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 방법 및 장치{Method and system for processing overload in mobile communication network supporting massive connectivity}

본 발명은 대규모 연결성을 지원하는 이동 통신 네트워크에서 발생하는 과부하를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동통신 네트워크의 특정 구성 요소(기지국 또는 EPC(evolved packet core))에서 과부하(overload)가 발생하면 네트워크 품질은 급격히 저하되며, 사용자 서비스 품질도 저하된다. 차세대 이동통신 네트워크에서 특정 장치의 과부하 상태는 다양한 네트워크 시나리오에서 발생할 수 있으므로, 네트워크 관리 시스템은 구성 장치들의 상태를 주기적으로 모니터링 하여, 과부하 상황이 예측되면 심각한 장애가 발생하기 전에 적합한 기술을 사용하여 과부화로 인해 발생하는 네트워크 장애 문제를 최소화해야 한다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 릴리즈 13(Release 13)에서 대규모 연결성이 요구되는 IoT(Internet of Things) 데이터를 셀룰러 네트워크 구조에서 효율적으로 전송하기 위해, 시그널링 무선 베어러(Signaling Radio Bearer)를 이용하여 제어평면(Control Plane, CP)으로 CIoT(cellular IoT) 데이터를 전송하는 CP-CIoT 방식과, 데이터 무선 베어러(Data Radio Bearer)를 설정하고 사용자 평면(User Plane, UP)으로 CIoT 데이터를 전송하는 UP-CIoT 방식을 정의하고 있다.

종래 이동통신 네트워크는 멀티미디어 서비스 데이터를 빠르게 전송하고, 다양한 디바이스들의 연결성(connectivity)을 지원하고 있지만, CIoT와 같은 다양한 네트워크 시나리오를 통해 순간적으로 폭증하는 대규모 연결성을 유연하게 대응할 수 있는 기술이 부족하여 네트워크 운용의 안정성에 문제가 발생할 수 있다.

특히, 차세대 이동통신 네트워크는 사람과 기계, 자동차, 센서 등 다양한 디바이스가 네트워크로 연결되는 대규모 연결성(massive connectivity)을 제공하면서, 순간적으로 발생하는 대규모 연결시도에 효율적으로 대응할 수 있는 방법이 필요하다. 또한, 차세대 네트워크는 대규모 연결성을 제공하면서 순간적으로 발생하는 EPC(Evolved Packet Core)/MME(Mobility Management Entity)로의 접속이 급격히 증가할 것으로 예상되므로, 시스템에서 실시간으로 변화하는 이동통신 네트워크 환경 변화에 자가 적응을 통해 불확실성에 효율적으로 대처할 수 있는 기술이 필요하다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 특허 출원 공개번호 제2012-0077393호에 기재된 "무선 통신 시스템의 과부하 제어 방법"이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 대규모 연결성을 지원하는 이동 통신 네트워크에서, 네트워크 구성 요소들의 상태 정보를 주기적으로 수집하고 분석하여 과부하 상황 발생을 발견하고 효율적으로 처리할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이동성 관리 및 제어 메시지를 관리하는 네트워크 구성 요소를 주기적으로 모니터링 하여 과부하 상황 발생을 사전에 발견하고, 상황에 따라 단계적으로 대응하는 실시간 자가 적응(Self-Adaptive)을 할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 방법으로서, 기지국이, MME(Mobility Management Entity)로부터 과부하 등급을 포함하는 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 기지국이 상기 과부하 등급과 미리 설정된 등급별 접속 제한 정보에 따라, 상기 MME로의 접속을 선택적으로 허용하는 단계를 포함한다.

상기 MME로의 접속을 선택적으로 허용하는 단계는 상기 기지국이 단말로부터 수신되는 메시지와 상기 과부하 등급에 해당하는 접속 제한 정보를 비교하여, 상기 MME로의 접속 요청을 선택적으로 수행할 수 있다.

상기 MME로의 접속을 선택적으로 허용하는 단계는, 상기 기지국이 단말로부터의 수신되는 메시지를 분석하여 MME 접속 유형을 획득하는 단계; 상기 MME 접속 유형을 상기 MME의 상기 과부하 등급에 따른 접속 제한 정보와 비교하는 단계; 및 상기 MME 접속 유형이 상기 접속 제한 정보에 따라 허용가능한 것으로 판단된 경우, 상기 MME로 접속 요청을 나타내는 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 등급별 접속 제한 정보는 허용 또는 거절되는 접속 유형 정보를 포함하며, 상기 접속 유형 정보는 긴급 호, IMS(IP Multi-Media Subsystem) 서비스, HO(HandOver) 시도, TAU(Tracking Area Update) 시도, 지연 허용 서비스, 지연에 민감한 서비스, 모바일 착신 서비스, 호서비스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 MME가, 상기 MME의 동작 상태를 나타내는 요소를 모니터링하는 단계; 상기 MME가, 상기 모니터링되는 요소의 값이 임계값을 초과하는 경우에 상기 MME를 과부하 상태로 판단하는 단계; 및 상기 MME가, 상기 과부하 상태에 따른 과부하 등급을 나타내는 메시지를 상기 기지국과 게이트웨이로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 모니터링되는 요소는 CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량 및 MME의 현재 처리율을 포함한다.

상기 과부하 상태로 판단하는 단계는, 상기 모니터링되는 요소가 복수개인 경우, 상기 모니터링된 복수개의 요소의 값들 중 적어도 하나가 해당 임계값을 초과하면 상기 MME를 과부하 상태로 판단할 수 있으며, 상기 과부하 등급은 상기 MME로 전송되는 모든 메시지를 차단하는 제1 등급, 상기 MME로 전송되는 메시지를 유형에 따라 차단하는 제2 등급, 그리고 상기 MME로 정상적인 메시지가 모두 전송되는 제3 등급을 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 MME에 연결된 게이트웨이가 상기 과부하 등급을 포함하는 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 게이트웨이가, 상기 과부하 등급과 미리 설정된 등급별 접속 제한 정보에 따라, 상기 MME로의 메시지를 선택적으로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법은, 상기 MME의 과부하 등급이 접속이 허용되지 않은 등급인 경우, 상기 기지국은 복수의 MME별로 과부하 등급 및 MME 동작 상태를 나타내는 정보가 저장되어 있는 MME 풀로부터, 다른 MME를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 MME로 접속을 요청하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는, 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 장치로서, 네트워크를 통해 신호를 송수신하도록 구성된 네트워크 인터페이스 장치; 그리고 상기 네트워크 인터페이스 장치와 연결되고, MME(Mobility Management Entity)의 과부하에 따른 처리를 수행하도록 구성된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 상기 MME로부터 수신된 메시지로부터 과부하 등급을 획득하고, 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 단말로부터 수신된 메시지를 분석하여 획득된 접속 유형을 상기 과부하 등급에 따른 접속 제한 정보와 비교하여, 상기 접속 유형이 허용되는 경우에 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 상기 MME로 접속 요청을 나타내는 메시지를 전송하도록 구성된다.

상기 프로세서는, 상기 MME의 과부하 등급이 접속이 허용되지 않은 등급인 경우, 복수의 MME별로 과부하 등급 및 MME 동작 상태를 나타내는 정보가 저장되어 있는 MME 풀로부터, 다른 MME를 선택하고, 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 상기 선택된 MME로 접속을 요청하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 대규모 연결성을 지원하는 이동 통신 네트워크에서, 이동통신 네트워크에서 이동성 관리 및 제어 메시지를 관리하는 MME(Mobility Management Entity) 기능을 주기적으로 모니터링 하여 과부하 상황 발생을 사전에 발견하고 자율적으로 대응할 수 있다. 특히, 이동성 관리 및 제어(Control Plane) 메시지를 처리하는 EPC/MME 장치의 과부하 상황을 사전에 예측하고, 상황에 따라 기지국으로부터 접속이 요구되는 메시지와 게이트웨이로부터 접속이 요구되는 메시지를 단계별로 제한하여 EPC/MME 장치의 부하 상태를 효율적으로 제어할 수 있다.

이에 따라, 네트워크 상태를 최적으로 유지하고, 사용자에게 항상 최상의 서비스를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 네트워크의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 MME의 연결 상태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MME에서 과부하 등급을 결정하는 조건을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에서, MME가 기지국으로 접속 제한을 요청하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 등급별 접속 제한 유형을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 수행되는 접속 제한 절차를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, MME 과부하 상태에 기지국에서 다른 MME로의 연결을 수행하는 것을 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 해지 통보 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 처리 장치 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.

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

명세서 전체에서, 단말(terminal)은, 사용자 장비(user equipment, UE), 이동국(mobile station, MS), 이동 단말(mobile terminal, MT), 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, MT, 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.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 대규모 연결성을 지원하는 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 방법 및 장치에 대하여 설명한다.

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

첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 네트워크에서, 단말(User Equipment; UE)이 기지국(Evolved Node B, eNB)에 연결되며, 기지국(eNB)은 단말(UE)의 이동성을 관리하기 위해, MME(Mobility Management Entity)에 연결된다. MME는 기지국과 SGW(Serving Gateway) 및 PGW(PDN Gateway) 사이의 연결을 중개하며, HSS(Home Subscriber Server), SGW(Serving Gateway) 및 SCEF(service capability exposure function)과 연결된다. MME, HSS, SGW, PGW는 EPC(Evolved Packet Core)를 구성한다.

이러한 이동 통신 네트워크에서, 기지국(eNB)은 초기화 과정에서 MME로부터 초기화 정보를 수신하면 기지국(eNB) 내부에 저장하고, 단말(UE)로부터 요구되는 S1-AP/NAS(non-access stratum) 메시지(Attach Request)를 MME에 접속하여 SRB(Signaling Radio Bearer) 설정과 DRB(Data Radio Bearer) 설정을 지원한다. SCEF는　3rd party에 서비스 capability를 제공하며, MME와 연동하여 기지국 eNB에서 전달된 non-IP 데이터 전달 (Non-IP Data Delivery; NIDD)을 하기 위해 사용된다.　 소량의 CIoT 데이터를 제어 평면(Control Plane)을 통해 전송하는 경우 non-IP 데이터는 SCEF를 통해 서비스를 전송할 수 있다.

MME는 이동 통신 시스템의 제어평면의 신호를 처리하는 주체로써. 이동성 관리, 보안, 페이징, IP 연결을 위한 데이터 호 제어에 관련된 기능을 수행한다. 구체적으로, MME는 제어 신호 메시지를 처리하기 위해 단말(UE)에서 전송된 NAS 메시지, 기지국(eNB)에서 전송된 S1-AP 메시지를 수신하며, 이 연결을 처리하기 위해 HSS와 접속하여 가입자 정보 및 인증 정보를 처리한다. MME의 주요 기능은 베어러 관리 관련 기능과 연결 관리 연결 기능을 포함한다. 베어러 관리 관련 기능은 베어러의 설정, 유지 보수 및 릴리스(release)를 포함하며, NAS 프로토콜의 세션 관리 기능을 포함할 수 있다. 연결 관리 관련 기능은 네트워크와 단말(UE) 간의 연결 및 보안 설정을 포함하며, NAS 프로토콜 계층의 연결 또는 이동성 관리 기능을 포함할 수 있다.

이러한 MME는 과부하(overload) 상태를 결정하기 위해 동작 상태를 모니터링한다. 모니터링되는 요소는 MME가 설치된 시스템의 CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량, MME의 현재 처리율을 포함한다. MME는 모니터링되는 요소 값과 임계값을 비교하고, 임계 값을 초과하는 요소 값이 하나 이상이면, MME를 과부하 상태로 판단하고, 과부하 상태를 처리하기 위한 제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, MME의 과부하 상태를 제어하는 방법은, 외부로부터 MME로 전송되는 메시지를 사전에 차단하는 방법을 포함한다. MME로 전송되는 메시지는 기지국(eNB)에서 MME로 전송되는 메시지와 SGW에서 MME로 전송되는 메시지를 포함한다. MME의 과부하 상태를 제어하는 방법은, 또한, 기지국(eNB)에서 MME로의 부하를 분산하는 방법을 포함한다. 기지국(eNB)에서 MME로의 부하를 분산하는 방법은 기지국(eNB)이 MME 풀(pool)에서 사용가능한 MME를 선택한 후, 선택된 MME로 메시지를 전송하여 MME의 부하를 분산시켜 MME 과부하를 제어한다.

이를 토대로, 본 발명의 실시 예에서는 기지국(eNB)과 SGW에서 MME로 접속이 요구되는 메시지를 차단하는 방법과, MME 풀(Pool)에서 다른 MME를 선택하는 MME 로드 분산 방법을 통해 MME 과부하 상태를 제어하는 방법에 대해 설명한다.

MME에서 과부하 상태를 등급별로 결정할 수 있다. 과부하 등급은 예를 들어, A, B, C 및 D로 분류될 수 있다. A 등급은 과부하 상태가 가장 심각한 상황으로 MME로 전송되는 모든 메시지를 차단하는 단계를 나타내고, B 등급과 C 등급은 MME 과부하 상태를 조절하기 위해 MME로 전송되는 메시지를 유형에 따라 차단하는 단계를 나타내며, 그리고 D 등급은 MME에서 과부하가 해지되어 MME로 정상적인 메시지가 모두 전송되는 단계를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국과 MME의 연결 상태를 나타낸 예시도이다.

기지국(eNB)은 도 2에 예시된 바와 같이, 하나 이상의 MME와 연결될 수 있으며, 현재 연결된 MME의 과부하 등급을 저장한다.

기지국(eNB)이 S1-SETUP-REQUEST/S1-SETUP-RESPONSE 메시지를 통해 수신한 정보를 기반으로 초기화 정보를 저장한 상태에서, MME의 과부하 등급을 포함하는 OVERLOAD-START 메시지를 수신하면, 기지국(eNB)은 수신한 MME 과부하 등급을 기지국 내부의 MME 상태관리 정보에 저장한다. MME 상태관리 정보는 MME별로 과부하 등급과 해당 MME가 연결된 기지국의 정보를 포함할 수 있다.

MME는 S1-SETUP-REQUEST/S1-SETUP-RESPONSE 메시지를 통해 연결된 모든 기지국의 식별 정보(예: ID)를 MME 내부 정보에 저장하고, MME에서 과부하가 발생하면 이 정보를 활용하여 연결된 모든 기지국(eNB)으로 과부하 상태를 나타내는 OVER-START 메시지 또는 과부하 종료를 나타내는 OVERLOAD-STOP 메시지를 전송한다.

한편, MME에 연결된 게이트웨이도 도 2에서와 같이, 연결된 MME별로 해당 MME의 과부하 등급을 저장할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MME에서 과부하 등급을 결정하는 조건을 나타낸 예시도이다.

MME는 동작 상태를 모니터링한다. 모니터링되는 요소는 MME가 설치된 시스템의 CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량, MME의 현재 처리율을 포함한다. MME는 모니터링된 요소들의 값을 분석하여 도 3에 예시된 바와 같은 조건에 따라 과부하 등급(예: A 등급, B 등급, C 등급, D 등급)을 결정한다.

예를 들어, CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량 및 MME의 현재 처리율에 대해 모니터링된 값(설명의 편의를 위해 요소값이라고 명명할 수 있음)을 해당 요소에 대해 미리 설정된 임계치와 각각 비교하고, 비교 결과에 따라 과부하 등급을 결정한다. 비교 결과, CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량 및 MME의 현재 처리율 중에서 적어도 하나의 요소가 임계치(예를 들어, 최대 사용량 X 0.9)보다 크면 MME 과부하 등급을 A 등급으로 결정한다. 또한, CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량 및 MME의 현재 처리율 중에서 적어도 하나의 요소가 임계치(예를 들어, 최대 사용량 X 0.8)보다 크면 MME 과부하 등급을 B 등급으로 결정한다. 또한, CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량 및 MME의 현재 처리율 중에서 적어도 하나의 요소가 임계치(예를 들어, 최대 사용량 X 0.7)보다 크면 MME 과부하 등급을 C 등급으로 결정한다. 또한, CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량 및 MME의 현재 처리율 중에서 적어도 하나의 요소가 임계치(예를 들어, 최대 사용량 0.7)보다 작으면 MME 과부하 등급을 D 등급으로 결정한다. 여기서, 임계치를 결정하기 위해 사용된 0.7, 0.8, 0.9 값은 운용자 정책에 의해 변경될 수 있다.

MME에서 과부하가 발생하면 재전송 요청으로 수신 메시지의 수가 기하급수적으로 증가하며 이로 인해 복구 불가능한 상태가 발생할 수 있으므로, 사전에 과부하 발생이 예측되면 과부하를 완화하는 방법을 초기 단계부터 적극적으로 대응해야 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에서, MME가 기지국으로 접속 제한을 요청하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

MME에서 발생하는 과부하를 완화하기 위해, MME는 기지국(eNB)으로 접속 제한을 요청할 수 있다.

구체적으로, 첨부한 도 4에 도시되어 있듯이, MME는 실시간으로 시스템의 CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량, MME의 현재 처리량을 모니터링하고 분석 비교하여 MME 과부하 상태인 것으로 결정되면, 연결된 모든 기지국(eNB)들에게 MME 과부하 발생을 통보하기 위해 "OVERLOAD START" 메시지를 전송한다(S100~S130)). 예를 들어, MME는 분석 비교 결과에 따라 MME 과부하 등급이 A 등급, B 등급, C 등급 중 하나인 것으로 결정되면, "OVERLOAD START" 메시지를 전송한다. "OVERLOAD START" 메시지는 해당 MME의 식별 정보(ID 정보)와 과부하 정보(결정된 과부하 등급 정보)를 포함한다.

기지국(eNB)은 MME로부터 수신한 "OVERLOAD START" 메시지에 포함된 MME의 과부하 정보를 기지국(eNB) 내부의 MME 상태관리 정보에 저장한다.

한편, MME는 MME 과부하(Overload) 상태가 발생하면, "OVERLOAD START 1" 메시지를 SGW(Serving Gateway)로 전송한다(S130). "OVERLOAD START 1" 메시지를 수신한 SGW는 MME 상태를 과부하 상태로 등록하고, MME로 전송하는 메시지(예를 들어, DL_Data_Notification: Paging 메시지) 전송을 거절하여 MME 부하를 제어한다. SGW에서 MME로 전송되는 메시지 차단은 대부분 외부로부터 전달되는 데이터를 유휴(Idle) 상태인 단말로 전송하기 위해 선행되는 페이징(Paging) 메시지의 사전 차단에 활용된다.

본 발명의 실시 예에서, 기지국(eNB)은 MME로부터 수신한 과부하 등급정보를 토대로 메시지 유형별로 MME로 전송되는 메시지를 차단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 등급별 접속 제한 유형을 나타낸 예시도이다.

기지국(eNB)은 저장된 MME 과부하 등급(A, B, C, D)에 따라 MME로 접속이 요구되는 S1-AP/NAS 메시지들을 차단하며, 도 5는 MME 과부하 등급에 따라 제한되거나 허용되는 접속 제한 유형을 나타내는 접속 제한 정보를 보여준다. 예를 들어, MME 과부하 등급이 A 등급이면 MME로의 접속은 특정 시간 동안 모두 거절된다. 이 경우, 우선순위에 따라 긴급 호의 시도만 허용될 수 있다. MME 과부하 등급이 D 등급이면 정상적으로 MME로의 접속이 모두 허용된다. MME 과부하 등급이 C 등급이면 모바일 착신 서비스는 MME로의 접속을 허용하지만, MME 과부하 등급이 B 등급이면 MME로의 접속은 거절된다. 과부하 등급에 따른 접속 제한 유형은 사업자 정책에 따라 변경 및 추가 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 수행되는 접속 제한 절차를 나타낸 도이다.

기지국(eNB)은 저장된 MME 과부하 등급에 따라 단말(UE)에서 기지국(eNB)으로 들어오는 접속 유형을 판단하여, 접속을 선택적으로 제한한다.

첨부한 도 6에서와 같이, 기지국(eNB)은 연결된 단말(UE)로부터 전송되는 메시지를 분석하여 MME로의 접속이 요구되면, 해당 MME의 과부하 등급과 MME 접속 유형을 비교 분석하여 접속 승인 여부를 결정한다(S200).

결정 결과에 따라, MME 접속 유형이 해당 MME의 과부하 등급에서 허용 가능한 것으로 판단되면, MME로 접속 요청을 나타내는 메시지를 전송한다(S210, S220). 반면, MME 접속 유형이 해당 MME의 과부하 등급에서 허용 가능하지 않은 것으로 판단되면, 단말(UE)로 실패를 나타내는 메시지를 전송한다(S230).

예를 들어, 기지국(eNB)에 저장된 해당 MME의 과부하 등급이 "B 등급"이고 접속 유형이 긴급호 메시지인 경우 MME로의 접속을 허용하고, MME로 접속 요청을 나타내는 메시지를 전송한다. 반면, 해당 MME의 과부하 등급이 "B 등급"이고 접속 유형이 새로운 호 시도 메시지(예: initial UE 메시지)인 경우 MME로의 접속을 허용하지 않고, 단말(UE)로 "실패"를 전송한다.

한편, 위에 기술된 실시 예에서, MME의 과부하 등급이 "A" 등급이면 연결중인 MME로 접속이 모두 차단된다. 따라서, 일 실시 예에서, 기지국(eNB)은 MME의 과부하 등급이 "A" 등급인 경우 MME 풀(Pool)에서 다른 MME에 대해 서비스를 제공할 수 있는 자원(예: 시스템의 CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량, MME의 현재 처리량)을 분석하여 사용 가능한 적합한 MME를 선택하여 접속을 시도할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, MME 과부하 상태에 기지국에서 다른 MME로의 연결을 수행하는 것을 나타낸 도이다.

MME 풀은 접속가능한 모든 MME별로 MME의 자원에 대한 정보를 포함하고 있다.

예를 들어, MME1 에서 과부하가 발생하고 그 등급이 A 등급이며, MME1 이 연결된 모든 기지국(eNB 1, eNB 2)으로 MME 1의 과부하 등급 A를 통보한 상황에서, 기지국(eNB 1)은 MME 1의 접속이 허용되지 않으므로, 정상적인 MME 접속 메시지를 전송하기 위해, MME 풀에 존재하는 다른 MME들의 자원 상태를 분석하여 새로운 MME를 선택할 수 있다.

구체적으로, 기지국(eNB 1)은 MME 풀에 존재하는 MME들의 현재 CPU 사용량, 메모리 사용량 그리고 MME 처리량을 비교 분석(예를 들어, 각 요소별로 미리 설정된 최대 사용량 또는 최대 처리량 등의 임계치와 비교 분석)하고, 분석 결과를 토대로 가장 적합한 MME(예를 들어, MME 2)를 선택한다. 예를 들어, 각 MME별 비교 분석 결과를 토대로 현재 CPU 사용량, 메모리 사용량 그리고 MME 처리량이 모두 임계치들보다 낮거나 적어도 하나가 임계치보다 낮은 MME를 가장 적합한 MME로 선택할 수 있다. 여기서 기지국(eNB 2)은 MME 풀에서 MME별 자원 분석 결과에 따라 MME 3을 선택할 수 있다.

따라서, 기지국(eNB 1)은 현재 연결된 MME 1이 아닌, 새로이 선택된 MME 2로 정상적인 MME 접속 메시지를 전송하고, 기지국(eNB 2)은 현재 연결된 MME 1이 아닌, 새로이 선택된 MME 3으로 정상적인 MME 접속 메시지를 전송할 수 있다.

이와 같이, 기지국이 현재 과부하 상태인 MME가 아닌 다른 MME를 선택하는 방법을 통해, MME의 부하 분산을 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 해지 통보 절차를 나타낸 흐름도이다.

MME는 시스템의 CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량, MME의 현재 처리량을 지속적으로 모니터링하면서 비교 분석(도 3에 도시된 조건을 토대로 비교 분석)하고, 분석 결과에 따라 MME가 과부하 상태가 아닌 것으로 판단되면, MME 과부하 상태를 해지한다. 이를 위해, MME는 첨부한 도 8에 도시되어 있듯이, 연결된 모든 기지국(eNB)으로 MME 과부하 해지 상태를 나타내는 "OVERLOAD STOP" 메시지를 전송한다(S300~S320). 기지국(eNB)은 MME로부터 "OVERLOAD STOP"를 수신하면 내부에 저장중인 MME 과부하 상태를 "D" 등급으로 변경하고, MME로 요구하는 접속 제한을 해지한다.

한편, MME는 과부하 상태가 해지되면, 연결된 SGW로 MME 과부하 해지 상태를 알려주기 위해 "OVERLOAD STOP 1" 메시지를 전송한다(S330). SGW는 MME로부터 "OVERLOAD STOP 1"를 수신하면 SGW 내부에 저장중인 MME 과부하 상태를 정상화하고 MME로 요구하는 접속 제한을 해지한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 처리 장치 구조도이다.

첨부한 도 9에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 처리 장치(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 1 내지 도 12를 토대로 설명한 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(110)는 예를 들어, MME의 과부하 상태를 나타내는 메시지가 수신되면 메시지로부터 MME 과부하 등급을 추출하여 메모리(120)/저장 장치(160)에 저장 및 관리하며, 수신되는 접속 유형과 MME 과부하 등급을 토대로 해당 접속에 대한 MME로의 접속 허용 및 MME로의 접속 거절을 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 현재 MME 과부하 등급이 설정 등급(예를 들어, A 등급)인 경우, 메모리(120)/저장 장치(160)에 저장된 MME 풀을 토대로, 현재 MME 이외의 다른 MME를 선택하여, 선택된 MME로의 접속을 수행하도록 구성될 수 있다.

프로세서(110)는 중앙 처리 장치(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 명령어를 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(121) 및 RAM(122)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 메모리(120)/저장 장치(160)는 프로세서(110)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서(110)와 연결될 수 있다. 메모리(120)/저장 장치(160)는 MME 과부하 상태 정보를 저장하거나, MME 풀을 저장하도록 구성될 수 있다.

네트워크 인터페이스 장치(150)는 네트워크에 연결되어 신호를 송수신하도록 구성된다. 네트워크 인터페이스 장치(150)는 네트워크를 통해, 단말 또는 MME 또는 외부로부터 전달되는 다양한 형태의 메시지를 수신하도록 구성될 수 있다.

입력 인터페이스 장치(130)는 운영자(또는 운영자의 단말)로부터 입력되는 신호를 제공받아 프로세서(110)로 전달하도록 구성될 수 있다.

이러한 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 MME 과부하 처리 장치(100)는 기지국 또는 SGW에 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 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.

Claims (10)

1. 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 방법으로서,
   기지국이, MME(Mobility Management Entity)로부터 과부하 등급을 포함하는 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 기지국이 상기 과부하 등급과 미리 설정된 등급별 접속 제한 정보에 따라, 상기 MME로의 접속을 선택적으로 허용하는 단계
   를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 MME로의 접속을 선택적으로 허용하는 단계는 상기 기지국이 단말로부터 수신되는 메시지와 상기 과부하 등급에 해당하는 접속 제한 정보를 비교하여, 상기 MME로의 접속 요청을 선택적으로 수행하는, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 MME로의 접속을 선택적으로 허용하는 단계는
   상기 기지국이 단말로부터의 수신되는 메시지를 분석하여 MME 접속 유형을 획득하는 단계;
   상기 MME 접속 유형을 상기 MME의 상기 과부하 등급에 따른 접속 제한 정보와 비교하는 단계; 및
   상기 MME 접속 유형이 상기 접속 제한 정보에 따라 허용 가능한 것으로 판단된 경우, 상기 MME로 접속 요청을 나타내는 메시지를 전송하는 단계
   를 포함하는, 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 등급별 접속 제한 정보는 허용 또는 거절되는 접속 유형 정보를 포함하며, 상기 접속 유형 정보는 긴급 호, IMS(IP Multi-Media Subsystem) 서비스, HO(HandOver) 시도, TAU(Tracking Area Update) 시도, 지연 허용 서비스, 지연에 민감한 서비스, 모바일 착신 서비스, 호 서비스 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 MME가, 상기 MME의 동작 상태를 나타내는 요소를 모니터링하는 단계;
   상기 MME가, 상기 모니터링되는 요소의 값이 임계값을 초과하는 경우에 상기 MME를 과부하 상태로 판단하는 단계; 및
   상기 MME가, 상기 과부하 상태에 따른 과부하 등급을 나타내는 메시지를 상기 기지국과 게이트웨이로 전송하는 단계
   를 더 포함하고,
   상기 모니터링되는 요소는 CPU 사용량, 시스템 메모리 사용량 및 MME의 현재 처리율을 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 과부하 상태로 판단하는 단계는,
   상기 모니터링되는 요소가 복수개인 경우, 상기 모니터링된 복수개의 요소의 값들 중 적어도 하나가 해당 임계값을 초과하면 상기 MME를 과부하 상태로 판단하며,
   상기 과부하 등급은 상기 MME로 전송되는 모든 메시지를 차단하는 제1 등급, 상기 MME로 전송되는 메시지를 유형에 따라 차단하는 제2 등급, 그리고 상기 MME로 정상적인 메시지가 모두 전송되는 제3 등급을 포함하는, 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 MME에 연결된 게이트웨이가 상기 과부하 등급을 포함하는 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 게이트웨이가, 상기 과부하 등급과 미리 설정된 등급별 접속 제한 정보에 따라, 상기 MME로의 메시지를 선택적으로 전송하는 단계
   를 더 포함하는 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 MME의 과부하 등급이 접속이 허용되지 않은 등급인 경우, 상기 기지국은 복수의 MME별로 과부하 등급 및 MME 동작 상태를 나타내는 정보가 저장되어 있는 MME 풀로부터, 다른 MME를 선택하는 단계; 및
   상기 선택된 MME로 접속을 요청하는 단계
   를 더 포함하는, 방법.
9. 이동 통신 네트워크에서의 과부하 처리 장치로서,
   네트워크를 통해 신호를 송수신하도록 구성된 네트워크 인터페이스 장치; 그리고
   상기 네트워크 인터페이스 장치와 연결되고, MME(Mobility Management Entity)의 과부하에 따른 처리를 수행하도록 구성된 프로세서를 포함하며,
   상기 프로세서는, 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 상기 MME로부터 수신된 메시지로부터 과부하 등급을 획득하고, 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 단말로부터 수신된 메시지를 분석하여 획득된 접속 유형을 상기 과부하 등급에 따른 접속 제한 정보와 비교하여, 상기 접속 유형이 허용되는 경우에 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 상기 MME로 접속 요청을 나타내는 메시지를 전송하도록 구성되는, 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 MME의 과부하 등급이 접속이 허용되지 않은 등급인 경우, 복수의 MME별로 과부하 등급 및 MME 동작 상태를 나타내는 정보가 저장되어 있는 MME 풀로부터, 다른 MME를 선택하고, 상기 네트워크 인터페이스 장치를 통해 상기 선택된 MME로 접속을 요청하도록 구성되는, 장치.

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