KR20200016685A

KR20200016685A - 무선 통신 시스템에서 하향링크 데이터 전송 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20200016685A
Application number: KR1020180092073A
Authority: KR
Inventors: 김복근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-02-17
Also published as: US20200053805A1; EP3808150B1; KR102525428B1; EP3808150A4; WO2020032553A1; US11147109B2; EP3808150A1

Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다.
본 발명은 무선통신 시스템에서 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)의 하향링크(Downlink) 데이터 전송 방법 및 장치에 대한 것으로서, 서빙 게이트웨이(Serving GateWay, SGW)로부터 제어 평면(control plane)에서 전송하도록 설정된 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보를 포함하는 업데이트 베어러 요청(update bearer request)을 수신하는 단계, 상기 정보에 기반하여 단말과 기지국 사이의 무선 베어러(Radio Bearer)와 상기 기지국과 상기 SGW 사이 사용자 평면의 S1 베어러(S1 bearer)로 이루어진 발전된 무선 연결 베어러(Evolve-Radio Access Bearer, E-RAB) 설정(setup) 요청을 전송하는 단계 및 상기 E-RAB을 통해 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선 통신 시스템에서 하향링크 데이터 전송 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DOWNLINK DATA TRANSMISSION IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 단말로 하향링크 데이터를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 점차로 음성 뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하고 있으며, 현재에는 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있는 정도까지 발전하였다. 그러나 현재 서비스가 제공되고 있는 이동 통신 시스템에서는 자원의 부족 현상 및 사용자들이 보다 고속의 서비스를 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.

이러한 요구에 부응하여 차세대 이동 통신 시스템으로 개발 중인 중 하나의 시스템으로써 3GPP(The 3rd Generation Partnership Project)에서 LTE(Long Term Evolution)에 대한 규격 작업이 진행 중이다. LTE는 2010년 정도를 상용화 목표로 해서, 최대 100 Mbps정도의 전송 속도를 가지는 고속 패킷 기반 통신을 구현하는 기술이다. 이를 위해 여러 가지 방안이 논의되고 있는데, 예를 들어 네트워크의 구조를 간단히 해서 통신로 상에 위치하는 노드의 수를 줄이는 방안이나, 무선 프로토콜들을 최대한 무선 채널에 근접시키는 방안 등이 있다.

4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.

한편, IoT 시스템에서 소량 패킷(Packet)을 효율적으로 처리하기 위하여, 제어 평면(Control Plane)을 통해 사용자 패킷(User Packet)을 전송하는 방식이 도입되었고, 이를 제어 평면 최적화(Control Plane Optimization, CP Opt)라고 부른다. 상기 CP Opt는 일반적인 IoT 무선 통신에서 사용자 평면(User Plane)이 아닌 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)를 통한 제어 평면(Control Plane)에서 사용자 데이터(User Data)를 전송하는 방식으로, S11-U / SCEF 연동하여 Data 전송할 수 있다.

Control Plane Optimization을 사용하는 단말(User Equipment, UE)은 적은 Data를 적은 빈도수로 전송하는 것을 전제로 하지만, 적은 Data와 적은 빈도수에 대한 기준이 명확하지 않다. 그리고 상기 Control Plane Optimization을 사용하는 UE라고 하더라도, 펌웨어 Update 등 일시적으로 볼륨이 큰 데이터(Big Data)가 전송되는 경우가 발생할 수 있다.

Control Plane Optimization 기능을 사용하는 UE로 볼륨이 큰 데이터(Big Data)가 전송되는 경우 발생될 수 있는 문제를 가정해 볼 수 있다. 예를 들어 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)에서는 CP Opt를 통하여 한 번에 1500 byte까지 전송할 수 있는데, 만일 10Mbyte의 Big Data가 Control Plane을 통해 전송되면, MME에서는 이를 6천개 이상의 메시지로 분할하여 보내야 한다. 이는 MME 부하를 과도하게 증가시키거나, Data 유실 등의 문제를 유발할 수 있다. 따라서 통신사업자(운용자)로부터 상기 문제의 해결 방안에 대해서 지속적인 요청이 있어 왔다.

본 발명은 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터 전송을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선통신 시스템에서 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)의 하향링크(Downlink) 데이터 전송 방법은 무선통신 시스템에서 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)의 하향링크(Downlink) 데이터 전송 방법은 서빙 게이트웨이(Serving GateWay, SGW)로부터 제어 평면(control plane)에서 전송하도록 설정된 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보를 포함하는 업데이트 베어러 요청(update bearer request)을 수신하는 단계, 상기 정보에 기반하여 단말과 기지국 사이의 무선 베어러(Radio Bearer)와 상기 기지국과 상기 SGW 사이 사용자 평면의 S1 베어러(S1 bearer)로 이루어진 발전된 무선 연결 베어러(Evolve-Radio Access Bearer, E-RAB) 설정(setup) 요청을 전송하는 단계 및 상기 E-RAB을 통해 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 무선통신 시스템에서 하향링크(Downlink) 데이터를 전송하는 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)는 신호를 송수신하는 송수신부 및 서빙 게이트웨이(Serving GateWay, SGW)로부터 제어 평면(control plane)에서 전송하도록 설정된 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보를 포함하는 업데이트 베어러 요청(update bearer request)을 수신하고, 상기 정보에 기반하여 단말과 기지국 사이의 무선 베어러(Radio Bearer)와 상기 기지국과 상기 SGW 사이 사용자 평면의 S1 베어러(S1 bearer)로 이루어진 발전된 무선 연결 베어러(Evolve-Radio Access Bearer, E-RAB) 설정(setup) 요청을 전송하고, 상기 E-RAB을 통해 단말로 데이터를 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

User Packet에 대해서, Data 전송의 신뢰성이 보장되지 못하면 재전송 등에 의해서 User Packet을 처리하는 MME에 과부하가 발생할 수 있다. 이 경우, 다른 가입자의 User Packet 까지 과부하제어 동작에 의해 제한될 수 있으므로, 상기 MME로 전송되는 모든 User Packet에 대한 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 의하면, 제어 평면에서 사용자 데이터를 하향링크로 전송(CP Optimization)하는 도중 볼륨이 큰 데이터(Big Data)가 수신되었을 때, User Packet에 대해서 신뢰성 있는 Data 전송이 가능할 수 있다. 그리고 User Packet을 eNB 과 SGW 간 사용자 평면(S1-U User Plane)을 통해 처리함으로써 MME 장비의 과부하가 방지될 수 있다.

도 1a은 하향링크 대용량 데이터 전송 시 MME 과부하가 발생되는 경우를 도시하는 도면.
도 1b는 Control Plane Service Request(S11-U)에 따른 CP Opt(S11-U) PDN 생성 절차를 도시하는 도면.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면.
도 2b는 Service Request(S1-U)에 따른 S1-U PDN 생성 절차를 도시하는 도면.
도 2c는 S1 Release 절차를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면.
도 4는 하향링크 대용량 데이터 전송 시 MME 과부하가 발생되는 경우를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면.
도 8는 본 발명의 실시예들에 따른 MME의 내부 구조를 도시하는 블록도.

본 명세서에서 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

이하에서는 무선통신 시스템에서 MME의 하향링크 데이터 전송 방법에 대해 기술하도록 한다. 일반적인 IoT 무선 통신에서 사용자 평면(User Plane)이 아닌 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)를 통한 제어 평면(Control Plane)으로 사용자 데이터(User Data)를 전송하는 방식인 제어 평면 최적화(Control Plane Optimization, CP Opt)가 사용된다. 본 발명은 상기 CP Opt가 사용되는 경우, 볼륨이 큰 데이터(Big Data) 처리에 취약한 부분을 보완하기 위해 고안되었다.

본 발명에서는 미리 정해진 크기를 기준으로 데이터가 분류될 수 있다. 상기 기준보다 클 경우에는 볼륨(volum)이 큰 데이터(Big Data), 대용량 데이터 또는 대용량 패킷(packet)이라고 할 수 있으며, 상기 기준보다 작을 경우에는 소용량 데이터 또는 소용량 패킷이라고 할 수 있다. 상기 소용량 데이터가 제어 평면에서 전송(CP-Opt)되는 경우에는 MME 과부하의 문제가 없으나, 상기 볼륨이 큰 데이터(Big Data)가 제어 평면에서 전송되는 경우에는 MME 과부하의 문제가 발생할 수 있다.

IoT 시스템에서 소량 Packet의 효율적 처리를 위하여, Control Plane을 통해 User Packet을 전송하는 방식이 도입되었고, 이를 Control Plane Optimization(CP Opt)이라고 할 수 있다. 종래에는 S1-U 인터페이스를 통하여 사용자 평면(User Plane)으로 기지국(eNB)과 게이트웨이(GateWay, GW) 간에 고속으로 Data를 전송하였다면, CP Opt에서는 S11-U 인터페이스를 통하여 eNB에서 MME를 통하여 GW 로 이어지는 기존의 제어 평면(Control Plane) 으로 Data를 전송할 수 있다.

CP Opt를 적용할 경우 Data를 전송하는 빈도수와 볼륨(Volume)이 적을 때에는 제어 평면 서비스 요청(Control Plane Service Request) 절차에 User Data를 피기 백(Piggy Backing) 하여 트래픽(Traffic)을 줄일 수 있는 이점이 있다. 다만, CP Opt로 대용량 User Data가 전송될 경우, User Data가 작은 단위로 분할되어 다량의 Traffic을 발생시킬 수 있으며, 이는 MME 과부하, User Data Packet 유실 등으로 이어질 수 있다.

대용량 User Data 전송을 가정하면, 상기 User Data가 작은 단위(예를 들면, 삼성 Core의 경우 대략 1500 byte)로 분할되어 전송된다. MME가 CP Opt를 통해 Control Plane 메시지에 User Data를 Piggy Backing 하여 처리할 수 있는 Data Size가 제한적이기 때문이다. 따라서, CP Opt를 통해서는 소용량 Data, 빈도수가 낮은 Data를 처리하는 것이 바람직하다.

UE로부터 트리거(Trigger)되는 MO(Mobile Originated) Data는 UE가 Data Size나 종류 등에 따라 CP Opt(S11-U) 혹은 고속 Packet 전송을 지원하는 S1-U를 Switching하여 Data 전송이 가능하다. 그러나 Network에서 Trigger 되는 MT(Mobile Terminated) Data는 CP Opt(S11-U)와 S1-U 간에 Switching이 되지 않으므로 대용량 MT Data가 수신되는 경우, 다량의 Traffic이 MME로 전송될 수 있다.

예를 들어 15Mbyte의 Downlink Data가 수신되는 것으로 가정하면, 상기 데이터는 대략 10000개의 메시지로 분할되어 MME로 Data가 전송되어, 10000 가입자가 동시에 호 처리를 하는 것과 같은 결과를 초래할 수 있다. 이는 MME의 과부하를 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 전체 가입자의 호 처리에 영향을 줄 수 있다.

상기와 같은 상황이 발생되는 예시로 특정 UE의 펌웨어(Firmware)가 업그레이드(Upgrade) 되는 경우를 가정해 볼 수 있다. 상기 UE은 보통 하루에 수 백 byte 수준의 저용량 Data를 전송하는 UE이고, CP Opt를 사용하여 Traffic을 절감하고 있다. 그러나, Firmware Update로 수 Mbyte의 MT Data가 발생하는 경우, 짧은 시간에 다수의 UE에게(일반적으로 IoT 단말은 적은 Traffic, 많은 개체 수로 예상) Downlink 볼륨이 큰 데이터(Big Data)가 전송될 수 있다. 이는 User Packet의 과부하 제어로 인해 다른 UE의 User Data 전송 실패를 유발할 수 있다.

또한, 상기와 같은 과부하 상황에 의해 Big Data 전송이 해소되지 못하여, 재전송 등이 지속적으로 발생하여 상황이 더욱 악화될 수 있다. 상황이 악화될 경우 User Packet 외의 호 처리 Traffic에도 영향을 줘서 MME 전체 장애를 발생시킬 수도 있다.

본 발명은 IoT 시스템에서 제어 평면에서 사용자 데이터를 전송하는 CP Opt가 사용되는 경우, 대용량 Packet 처리에 발생할 수 있는 취약점을 보완하고자 한다. 상기 취약점을 보완하여, Network Server로부터(MT) 대용량 Packet 수신 시에도, MME의 과부하를 막아 다른 가입자의 Signaling 실패를 최소화 하고, User Packet의 신뢰성 있는 전송을 보장할 수 있다.

본 발명은 S11-U(CP Opt) 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Network, PDN)을 사용하는 가입자에 대해서, 대용량 Packet을 처리하기 용이한 S1-U PDN으로 천이하여 대용량 Packet을 처리하는 방법을 제안한다. 그리고 UE에서 Trigger되는(MO) 대용량 Packet은 이미 UE에 의해 S1-U로 Switching 할 수 있는 방법이 있으므로 논외로하고, 본 발명은 Network에서 UE로 전송되는(MT) 대용량 Packet에 대해서 UE의 현재 상태(ECM-IDLE / ECM-ACTIVE), QoS(Quality of Service) 등에 따른 하기의 방법을 제안한다.

먼저, 향상된 패킷 시스템 연결 관리가 유휴 상태인 경우(Evolve Packet System Connection Management-IDLE, ECM-IDLE), MME가 Downlink Data 통지(Notification)를 수신받고 S1-U 설정(Setup)을 통하여 대용량 데이터를 처리할 수 있다. 그리고 향상된 패킷 시스템 연결 관리가 활성화 상태인 경우(ECM-ACTIVE) MME의 대용량 Data 처리방법은 하기와 같다.

첫 번째, Downlink Data를 수신하는 경우, S11-U를 S1-U로 Switching하여 대용량 데이터를 처리할 수 있다. 두 번째, Bearer Modification 절차를 통하여 대용량 데이터를 처리할 수 있다.

도 1a은 하향링크 대용량 데이터 전송 시 MME 과부하가 발생되는 경우를 도시하는 도면 이다. ECM-Idle 상태에서는 단말이 데이터를 수신하기 위하여 사용자 평면(S1-U 또는 S11-U) 베어러(bearer)의 연결이 필요하다. 이때 S11-U 베어러가 연결되고 대용량 Data를 전송하는 경우 MME에 과부하가 발생될 수 있다.

우선 S101 단계에서, PGW(101)는 SGW(102)로 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 상기 PGW(101)은 IP망인 PDN으로부터 데이터를 수신하고, 상기 SGW(102)로 전송할 수 있다.

그리고 S102 단계에서, SGW(102)는 MME(103)로 Downlink Data Notifiacation 메시지를 전송할 수 있다. UE(105)이 Idle 상태에서 상기 PGW(101) 로부터 상기 SGW(102)로 Downlink Data가 수신되면, 상기 SGW(102)는 MME(103)로 하향링크 데이터 수신을 통지할 수 있다. 그리고 상기 Downlink Data Notifiacation 메시지에는 데이터의 크기가 포함되지 않으므로, 상기 UE(105)이 Downlink Data의 Size를 알 수 없다.

그리고 S103 단계에서 MME(103)은 SGW(102)로 Downlink Data Notifiacation Ack 메시지를 전송하고, S104 단계에서 MME(103)는 페이징(Paging) 메시지를 UE(105)로 전송할 수 있다. 상기 MME(103)가 페이징을 수행하여 Idle 상태의 UE(105)을 찾을 수 있다.

그리고 S105 단계에서, UE(105)는 Service Request(S1-U)나 Control Plane Service Request(S11-U)를 MME(103)로 전송할 수 있다. 상기 단말(105)이 전송하는 메시지는 내부 정책에 따라 결정될 수 있다.

그리고 상기 단말(105)이 전송하는 메시지에 따라 S1-U / S11-U 중 어느 하나에 해당되는 베어러가 설정될 수 있다. 상기 단말(105)은 Downlink Data Size를 알 수 없으므로, Downlink Data의 Size가 고려되지 않은 베어러가 설정될 수 있다. 상기 S105 단계에서 단말(105)이 Control Plane Service Request(S11-U)를 전송한 것으로 가정할 수 있다.

그리고 S106 단계에서, Control Plane Optimization(S11-U) PDN이 생성될 수 있다. 상기 Control Plane Optimization(S11-U) PDN 생성 절차는 하기의 도 1b에서 설명될 수 있다.

그리고 S107 단계에서, MME(103)으로 하향링크 데이터가 전송되면 MME 과부하가 발생될 수 있다. 상기 S106 단계에서 CP Opt(S11-U) PDN이 설정(Setup)된 경우, 상기에서 설명된 제어 평면에서 Downlink 대용량 데이터(Big Data) 전송으로 인한 MME 과부하가 발생될 수 있다.

도 1b는 Control Plane Service Request(S11-U)에 따른 CP Opt(S11-U) PDN 생성 절차를 도시하는 도면 이다. MME가 단말로부터 Control Plane Service Request(S11-U) 메시지를 수신하는 경우, CP Opt(S11-U) PDN이 설정될 수 있다.

우선 S111 단계에서 MME(103)는 Modify Bearer Request 메시지를 SGW(102)로 전송하고, S112 단계에서 SGW(102)는 PGW(101)로 Modify Bearer Request 메시지를 전송할 수 있다. 상기 SGW(102)와 MME(103) 사이의 S11-U 베어러 연결을 위한 메시지가 네트워크 노드(MME, SGW, PGW)로 전송될 수 있다.

그리고 S113 단계에서 PGW(101)는 SGW(102)로 Modify Bearer Response 메시지를 전송하고, S114 단계에서 SGW(102)는 MME(103)로 Modify Bearer Response 메시지를 전송할 수 있다. 상기 S113 단계 및 S114 단계는 상기 S111 단계 및 S112 단계와 대응될 수 있다.

그리고 S115 단계에서, SGW(102)는 MME(103)로 하향링크 데이터(Downlink Data)를 전송할 수 있다. 상기 S111 단계 내지 S114 단계에 의하여 S11-U 베어러가 생성되면, CP Opt(S11-U) PDN을 통해서 하향링크 데이터(Downlink Data)가 전송될 수 있다.

그리고 S116 단계에서 MME(103)는 eNB(104)로 하향링크(Downlink) S1-AP 메시지를 전송하고, S117 단계에서 eNB(104)는 단말(105)로 RRC 하향링크(Downlink) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 MME(103)는 단말(105)로 상기 S105 단계의 Control Plane Service Request에 대응하는 S11-U 베어러가 생성되었음을 NAS 메시지를 통해 통지할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면 이다.

상기 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 단말이 Idle 상태에서 대용량 Downlink Data가 수신된 경우, S1-U로 Setup하여 하향링크 데이터를 처리할 수 있다. 단말이 Idle 상태에서는 S1-U / S11-U가 결정되지 않은 상태이므로, S1-U 베어러가 Setup 되도록 제어할 수 있다. 그리고 상기 제1 실시예에 영향을 끼치는 네트워크 엔티티(Impact Network Entity)는 UE, MME, SGW인 것을 알 수 있다.

우선 S201 단계에서, PGW(201)는 SGW(202)로 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 상기 PGW(201)은 IP망인 PDN으로부터 데이터를 수신하고, 상기 SGW(202)로 전송할 수 있다.

그리고 S202 단계에서, SGW(202)는 MME(203)로 Downlink Data Notifiacation 메시지를 전송할 수 있다. UE(205)이 Idle 상태에서 상기 PGW(201) 로부터 상기 SGW(202)로 Downlink Data가 수신되면, 상기 SGW(202)는 MME(203)로 하향링크 데이터 수신을 통지할 수 있다. 상기 SGW(202)는 Downlink Data의 Size가 미리 정해진 크기를 초과하는 경우 상기 Downlink Data Notification에 대용량 데이터 표시(Big Data Flag)를 설정(set)하여 전송할 수 있다.

그리고 S203 단계에서 MME(203)은 SGW(202)로 Downlink Data Notifiacation Ack 메시지를 전송하고, S204 단계에서 MME(203)는 페이징(Paging) 메시지를 UE(205)로 전송할 수 있다. 상기 MME(203)는 SGW(202)로부터 Downlink Data Notification에 Big Data Flag를 수신하면, 상기 Paging 메시지에 Big Data Flag를 설정(set)하여 UE(205)로 전송할 수 있다. 그리고 상기 MME(203)가 페이징을 수행하여 Idle 상태의 UE(205)을 찾을 수 있다.

그리고 S205 단계에서, UE(205)는 MME로 Service Request(S1-U) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 Paging 메시지에 Big Data Flag가 설정(set)되어 있는 경우, 상기 단말(205)는 상기 MME(203)로 Service Request 메시지를 전송하여 S1-U PDN이 Setup 되도록 할 수 있다.

그리고 S206 단계에서, Service Request(S1-U)에 대응한 S1-U PDN이 생성될 수 있다. 상기 S1-U PDN 생성 절차는 하기의 도 2b 에서 자세히 설명될 수 있다.

그리고 S207 단계에서, 단말(205)로 하향링크 데이터가 전송될 수 있다. 상기 S205 단계의 Service Request(S1-U)에 의하여 생성된 베어러(기지국(204)와 SGW(202) 간에 연결)를 통해서 상기 하향링크 데이터가 단말(205)로 전송될 수 있다.

그리고 S208 단계에서, SGW(202)는 Downlink Data Notification 메시지를 MME(203)로 전송하여 대용량 데이터(Big Data) 전송 완료를 알릴 수 있다. 상기 SGW(202)는 Downlink Data Notification 메시지에 대용량 데이터 전송 완료 표시(Big Data Flag 와 End Marker)를 설정(set)하여 전송할 수 있다.

그리고 S209 단계에서, MME(203)는 S1 Release 절차를 수행할 수 있다. 상기 S1 Release 절차는 하기의 도 2c에서 자세히 설명될 수 있다. 상기 S1 릴리즈 절차가 수행된 후에는 단말 정책에 따라 S1-U / S11-U 선택되어 설정(setup) 될 수 있다.

도 2b는 Service Request(S1-U)에 따른 S1-U PDN 생성 절차를 도시하는 도면 이다. MME가 단말로부터 Service Request(S1-U) 메시지를 수신하는 경우, 사용자 평면에서 S1-U 베어러가 설정될 수 있다.

우선 S221 단계에서, MME(203)는 초기 콘텍스트 설정 요청(Initial Context Setup Request) 메시지를 기지국(204)으로 전송할 수 있다. 그리고 S222 단계에서, 기지국(204)과 단말(205) 사이의 무선 베어러 성립(Radio Bearer Establishment) 과정이 수행될 수 있다.

그리고 S223 단계에서, 기지국(204)은 MME(203)로 초기 콘텍스트 설정 완료(Initial Context Setup Complete) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 S221 단계 내지 S223 단계를 통하여, 단말(205)와 기지국(204) 사이의 Radio Bearer가 생성될 수 있다.

그리고 S224 단계에서 MME(203)는 베어러 수정 요청(Modify Bearer Request) 메시지를 SGW(202)로 전송하고, S225 단계에서 SGW(202)는 MME(203)로 베어러 수정 응답(Modify Bearer Response) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 S224 단계 및 S225 단계를 통하여, SGW(202)와 기지국(204) 사이의 S1-U 베어러가 생성될 수 있다.

도 2c는 S1 Release 절차를 도시하는 도면 이다. MME가 SGW로 접속 베어러 릴리즈 요청(Release Access Bearer Request)을 전송하고, 단말 콘텍스트 릴리즈 명령(UE Context Release Command)을 기지국으로 전송하여, S1-U 의 release 절차가 수행될 수 있다.

우선 S231 단계에서 MME(203)는 접속 베어러 릴리즈 요청(Release Access Bearer Request) 메시지를 SGW(202)로 전송하고, S232 단계에서 SGW(202)는 MMW(203)로 접속 베어러 릴리즈 응답(Release Access Bearer Response) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 S231 단계 및 S232 단계를 통하여, 상기 SGW(202)와 연결된 베어러가 릴리즈 될 수 있다. S1-U 베어러가 연결된 경우에는 상기 SGW(202)와 기지국(204) 사이의 베어러가 릴리즈 되고, CP Opt(S11-U) 인 경우에는 상기 SGW(202)와 MME(203) 사이의 베어러가 릴리즈 될 수 있다.

그리고 S233 단계에서, MME(203)는 기지국(204)으로 단말 콘텍스트 릴리즈 명령(UE Context Release Command) 메시지를 전송할 수 있다. 그리고 S234 단계에서, 기지국(204)은 단말(205)로 RRC 연결 릴리즈(Connection Release) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 기지국(204)은 상기 UE Context Release Command에 대응하여 UE Context를 삭제하고, 단말(205)와의 RRC 연결을 해제한다.

그리고 S235 단계에서, 기지국(204)는 MME(205)로 단말 콘텍스트 릴리즈 완료(UE Context Release Complete) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 UE Context Release Complete 메시지를 수신한 MME(203)는 상기 기지국(204)에서 사용자 정보가 삭제되었음을 확인할 수 있다.

상기 S1 release 절차가 수행되면, ECM-Idle 상태로 천이하게 된다. 상기 S1 release 절차 이후에 사용자 트래픽이 발생하게 되면, ECM-Active 상태로 천이하면서 단말 정책에 따라 S1-U / S11-U 베어러를 생성하여 데이터를 처리할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면 이다.

상기 제1 실시예와 비교하면 상기 제2 실시예에 영향을 끼치는 네트워크 엔티티(Impact Network Entity)는 MME 와 SGW 이므로, 상기 제2 실시예는 단말과 무관하게 코어망(Core Network)에 특화된 방법이다. Big Data Flag를 수신한 MME가 단말로부터 Control Plane Service Request(S11-U)를 수신하는 경우에도 S1-U 베어러를 생성하여 대용량 데이터 전송을 수행할 수 있다.

우선 S301 단계에서, PGW(301)는 SGW(302)로 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 상기 PGW(301)은 IP망인 PDN으로부터 데이터를 수신하고, 상기 SGW(302)로 전송할 수 있다.

그리고 S302 단계에서, SGW(302)는 MME(303)로 Downlink Data Notifiacation 메시지를 전송할 수 있다. S302 단계는 상기 S202 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S303 단계에서 MME(303)은 SGW(302)로 Downlink Data Notifiacation Ack 메시지를 전송할 수 있다. S303 단계는 상기 S203 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S304 단계에서 MME(303)는 페이징(Paging) 메시지를 UE(305)로 전송할 수 있다. MME(303)는 페이징 메시지에 Big Data Flag를 설정(set)하여 UE로 전송하는 상기 S204 단계와는 다르게, 상기 페이징 메시지에 Big Data Flag를 설정(set)하지 않고 단말로 전송할 수 있다. 상기 단말(305)는 하향링크 데이터가 대용량인지 여부를 알 수 없다.

그리고 S305 단계에서, UE(305)는 MME(303)로 Service Request(S1-U) 메시지나 Control Plane Service Request(S11-U) 를 전송할 수 있다. 상기 Paging 메시지에 Big Data Flag가 설정(set)되지 않으므로, 상기 단말(305)는 대용량 데이터(Big Data)에 대한 고려 없이, Service Request 메시지나 Control Plane Service Request 메시지를 전송할 수 있다.

그리고 S306 단계에서, MME(303)가 UE(305)로부터 수신하는 서비스 요청 메시지와 관계 없이, S1-U PDN 생성 절차가 수행될 수 있다. Control Plane Service Request 메시지에도 Service Request 메시지와 동일하게 S1-U Setup을 위한 모든 정보가 포함된다. 상기 MME(303)가 Control Plane Service Request 메시지를 수신하였더라도, Service Request 절차를 수행 할 수 있다. 상기 S1-U PDN 생성 절차는 상기 S206 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S307 단계에서, 단말(305)로 하향링크 데이터가 전송될 수 있다. S307 단계는 상기 S207 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S308 단계에서, SGW(302)는 Downlink Data Notification 메시지를 MME(303)로 전송하여 대용량 데이터(Big Data) 전송 완료를 알릴 수 있다. S308 단계는 상기 S208 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S309 단계에서, MME(303)는 S1 Release 절차를 수행할 수 있다. 상기 S309 단계는 상기 S209 단계에 대응될 수 있다.

도 4는 하향링크 대용량 데이터 전송 시 MME 과부하가 발생되는 경우를 나타내는 도면 이다. ECM-ACTIVE 상태에서 CP Opt(S11-U) PDN으로 제어 평면에서 User Packet을 전송하고 있는 도중, 대용량 Packet을 처리하는 경우 MME 과부하가 나타날 수 있다. ECM-ACTIVE 상태에서 대용량 데이터를 처리하기 위해서는 이미 제어 평면에서 setup 되어있는 S11-U PDN을 해제하고 사용자 평면으로 재수립하거나(S1-U Release 후, S1-U Switching을 통한 대용량 메시지 처리 방법), 변경(Bearer Modification 절차를 통한 대용량 메시지 처리 방법)해야 한다.

우선 S401 단계에서, PGW(401)은 SGW(402)로 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 상기 하향링크 데이터는 대용량 데이터일 수 있다. 그리고 S402 단계에서, SGW(402)는 수신한 Downlink Data를 MME(403)로 전송할 수 있다. 단말(405)이 ECM-ACTIVE 상태에서는 CP Opt(S11-U) PDN으로 제어 평면에서 User Packet이 전송되고 있으므로, 상기 CP Opt PDN으로 대용량 데이터를 전송하는 경우 MME 과부하가 유발될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면 이다.

상기 제3 실시예에 따르면, ECM-ACTIVE 상태에서 제어 평면에서 사용자 평면으로 스위칭(S1-U Switching)하여 대용량 메시지가 처리될 수 있다. 대용량 Downlink Data가 감지되면, UE로 Big Data 전송을 알릴 수 있습니다(Big Data Flag 전송). 그리고 UE이 기존에 수립된 S11-U PDN을 해제하고 S1-U PDN으로 Switching 하도록 Trigger 할 수 있습니다. S1-U 와 S11-U 간의 Switching 하는 절차(Procedure)가 대부분 이용되므로, 상기 제3 실시예에 의할 경우 Side Effect가 최소화하면서 하향링크 대용량 데이터를 전송하는 목표를 달성할 수 있다.

우선 S501 단계에서, PGW(501)는 SGW(502)로 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 상기 PGW(501)은 IP망인 PDN으로부터 대용량 데이터(Big Data)를 수신하고, 상기 SGW(502)로 전송할 수 있다.

그리고 S502 단계에서, SGW(502)는 Downlink Data를 MME(503)와 eNB(504)를 거쳐 UE(505)로 전송할 수 있다. 상기 Downlink Data에는 대용량 데이터 전송을 알리는 표시(Big Data Flag)를 설정(Set)해서 전송할 수 있다. 그리고 MME 과부하를 방지하기 위하여, 상기 Downlink Data에 User Data가 포함되지 않는다.

그리고 S503 단계에서, UE(505)는 Control Plane Service Request을 MME(503)로 전송할 수 있다. 상기 단말(505)는 상기 Control Plane Service Request에 포함된 Active Flag를 1로 설정(set)할 수 있다. 상기 MME(503)는, 상기 Active Flag가 1로 설정된 Control Plane Service Request 메시지를 수신하는 경우, 제어 평면에서의 CP Opt(S11-U)가 사용자 평면에서의 S1-U로 천이하기 위한 절차를 트리거 할 수 있다.

그리고 S504 단계에서, MME(503)는 SGW(502)로 접속 베어러 릴리즈 요청(Release Access Bearer Request)을 전송할 수 있다. 상기 MME(503)가 Release Access Bearer Request 를 전송하면 기존의 CP Opt(S11-U)의 User Plane을 해제할 수 있다. 그리고 S505 단계에서, SGW(502)는 MME(503)으로 접속 베어러 릴리즈 응답(Release Access Bearer Response) 을 전송할 수 있다.

그리고 S506 단계에서, MME(503)는 단말로 초기 콘텍스트 설정 요청(Initial Context Setup Request)과 서비스 허용(Service Accept) 메시지를 단말(505)로 전송할 수 있다. 그리고 S507 단계에서, MME(503)는 기지국(504)으로부터 초기 콘텍스트 설정 완료(Initial Context Setup Complete) 메시지를 수신할 수 있다.

그리고 S508 단계에서, MME(503)는 베어러 수정 요청(Modify Bearer Request)을 SGW(502)로 전송할 수 있다. 상기 MME(503)가 Modify Bearer Request를 전송하여 사용자 평면에서 S1-U를 설정(setup)할 수 있다. 그리고 S509 단계에서, SGW(502)는 베어러 수정 응답(Modify Bearer Response)을 MME(503)으로 전송할 수 있다.

그리고 S510 단계에서, 단말(505)로 하향링크 데이터가 전송될 수 있다. S510 단계는 상기 S207 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S511 단계에서, SGW(502)는 Downlink Data Notification 메시지를 MME(503)로 전송하여 대용량 데이터(Big Data) 전송 완료를 알릴 수 있다. S511 단계는 상기 S208 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S512 단계에서, MME(503)는 S1 Release 절차를 수행할 수 있다. S512 단계는 상기 S209 단계에 대응될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면 이다.

상기 제3 실시예와 비교하면 상기 제4 실시예에 영향을 끼치는 네트워크 엔티티(Impact Network Entity)는 MME 와 SGW 이므로, 상기 제4 실시예는 단말과 무관하게 코어망(Core Network)에 특화된 방법이다. 단말이 ECM-Active 인 경우, Big Data Flag를 수신한 MME가 제어 평면에서의 CP-Opt(S11-U) 연결을 릴리즈하고, 상기 제2 실시예와 같은 방법으로 사용자 평면에서 S1-U 베어러를 생성하여 대용량 데이터 전송을 수행할 수 있다.

우선 S601 단계에서, PGW(601)는 SGW(602)로 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 상기 PGW(601)은 IP망인 PDN으로부터 대용량 데이터(Big Data)를 수신하고, 상기 SGW(602)로 전송할 수 있다.

그리고 S602 단계에서, SGW(602)는 MME(603)로 하향링크 데이터를 전송할 수 있다. 상기 Downlink Data에는 대용량 데이터 전송을 알리는 표시(Big Data Flag)를 설정(Set)해서 전송할 수 있다. 그리고 MME 과부하를 방지하기 위하여, 상기 Downlink Data에 User Data가 포함되지 않는다.

그리고 S603 단계에서, S1 Release 절차가 수행될 수 있다. 상기 S1 Release 절차는 MME(603)에 의해서 트리거 될 수 있다. 그리고 상기 단말(605)이 ECM-Active 상태이므로, 상기 릴리즈 절차에 의하여 S11-U 베어러가 해제될 수 있다. 상기 S11-U 베어러가 해제되면 ECM-Idle 상태와 같이 사용자 평면(User Plane)의 연결이 해제된 상태가 될 수 있다. 상기 S1 Release 절차는 상기 S209 단계에 대응될 수 있다.

그리고 S604 단계에서, ECM-IDLE 상태에서 S1-U PDN 생성을 통하여 하향링크 대용량 데이터가 전송될 수 있다. 상기 하향링크 대용량 데이터를 전송하는 방법은 상기 단말(605)이 ECM-Idle 상태와 같으므로, 상기 도 3의 제2 실시예에 대응될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 하향링크 데이터 전송 방법을 도시하는 도면 이다.

상기 제5 실시예에 의하면, SGW가 대용량 메시지를 수신할 경우 Bearer Modification 절차를 통해 MME가 제어 평면에서의 CP Opt(S11-U) PDN을 사용자 평면에서의 S1-U로 변경할 수 있고, Downlink Big Data가 MME 과부하 등의 문제없이 처리될 수 있다.

Big Data 전송을 위한 Bearer Modification 절차에 의하여 SGW가 CP Opt(S11-U)의 IP Address와 터널 종단 식별자(Tunnel Endpoint Identifier, TEID)를 S1-U의 IP Address와 TEID로 변경하고, 상기 S1-U 구간을 통하여 사용자 평면에서 대용량 데이터(Big Data)가 전송될 수 있다. 그리고 MME가 eNB로 E-RAB의 신규 생성을 요청할 수 있고, 단말과 eNB의 RRC Connection Reconfiguration 을 통해 상기 단말과 eNB와 SGW를 연결하는 E-RAB이 생성될 수 있다.

상기 E-RAB은 단말과 기지국 간의 무선 베어러(Radio Bearer)와 기지국과 SGW 간의 S1 베어러를 의미하고, 상기 E-RAB을 통하여 제어 평면에서 전송되도록 설정된 User Packet이 사용자 평면에서 전송될 수 있다. 상기 제5 실시예는 상기 제3 실시예와 제4 실시예 보다 더 적은 시그널링 트래픽(Signaling Traffic)으로 S1-U Switching이 가능하며, 단말 영향(UE Impact) 을 최소화하면서 구현될 수 있다.

우선 S701 단계에서, PGW(701)는 SGW(702)로 Downlink Data를 전송할 수 있다. 상기 PGW(701)은 IP망인 PDN으로부터 대용량 데이터(Big Data)를 수신하고, 상기 SGW(702)로 전송할 수 있다.

그리고 S702 단계에서, SGW(702)는 MME(703)로 업데이트 베어러 요청(Update Bearer Request) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 Update Bearer Request 메시지에는 대용량 데이터 전송을 알리는 표시(Big Data Flag)와 S1-U SGW F-TEID가 포함될 수 있다. 상기 S1-U SGW F-TEID 는 상기 SGW(702)와 기지국(704)의 사용자 평면에서 연결을 위한 SGW(702)의 IP 주소, 인터페이스 타입(Interface Type)과 TEID를 의미할 수 있다.

그리고 S703 단계에서, MME(703)는 기지국(704)으로 발전된 무선 연결 베어러(Evolve-Radio Access Bearer, E-RAB) 설정(setup) 요청(Request) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 E-RAB Setup Request 메시지에는 E-RAB to be Setup List가 포함되고, 상기 E-RAB to be Setup List에는 상기 SGW(702)로부터 수신 받은 S1-U SGW F-TEID가 포함될 수 있다.

그리고 S704 단계에서, eNB(704)는 UE(705)와 무선 연결 재설정(RRC Connection Reconfiguration)을 수행할 수 있다. 상기 기지국(704)은 상기 E-RAB Setup Request 메시지에 포함된 S1-U의 IP Address와 TEID에 기반하여 신규 생성될 E-RAB을 위한 UE(705)와 기지국(704)간의 RRC Connection Reconfiguration을 수행할 수 있다.

그리고 S705 단계에서, eNB(704)는 MME(703)로 발전된 무선 연결 베어러(Evolve-Radio Access Bearer, E-RAB) 설정(setup) 응답(Response) 메시지를 전송할 수 있다. 상기 E-RAB Setup Response 메시지에는 E-RAB to be Setup List가 포함될 수 있고, 상기 E-RAB to be Setup List에는 상기 기지국(704)의 IP 주소가 포함될 수 있다.

그리고 S706 단계에서, MME(703)는 업데이트 베어러 응답(Update Bearer Response) 메시지를 SGW(702)로 전송할 수 있다. 상기 Update Bearer Response 메시지에는 S1-U eNB F-TEID가 포함될 수 있다. 상기 S1-U eNB F-TEID는 상기 SGW(702)와 기지국(704)의 사용자 평면에서 연결을 위한 eNB (704)의 IP 주소, 인터페이스 타입(Interface Type)과 TEID를 의미할 수 있다. 상기 Update Bearer Response 메시지를 수신한 SGW(702)는 S1-U eNB 정보를 Update 할 수 있다. 그리고 상기 단말(705)과 기지국(704) 및 SGW(702)를 연결하는 E-RAB이 생성되어, 사용자 평면에서 데이터가 전송될 수 있다.

그리고 S707 단계에서, 단말(705)로 하향링크 데이터가 전송될 수 있다. 상기 S702 단계 내지 S706 단계에서 생성된 E-RAB 을 통해서 대용량 데이터(Big Data)가 제어 평면이 아닌 사용자 평면에서 전송 될 수 있다. 그리고 사용자 평면에서 대용량 데이터(Big Data)가 전송되므로 MME 과부하는 발생되지 않는다.

그리고 S708 단계에서, Downlink Big Data 전송이 완료되면 SGW(702)는 Update Bearer Request 메시지를 MME(703)로 전송할 수 있다. 상기 SGW(702)는 상기 Update Bearer Request 메시지에 S11-U SGW F-TEID를 포함하고 대용량 데이터 전송의 완료를 알리는 Big Data Flag를 설정(Set)하여 전송할 수 있다. 상기 S11-U SGW F-TEID는 상기 SGW(702)와 상기 MME(703)의 연결을 위한 SGW(702)의 IP 주소, 인터페이스 타입(Interface Type)과 TEID를 의미할 수 있다. 대용량 데이터의 전송이 완료되었으므로, 사용자 평면에서 대용량 데이터 전송을 위하여 생성한 S1-U 베어러가 릴리즈되고 제어 평면에서 데이터 전송을 하기 위한 CP Opt(S11-U)가 다시 설정될 수 있다.

그리고 S709 단계에서, MME(703)는 E-RAB 릴리즈 명령(Release Command)을 기지국(704)로 전송할 수 있다. 상기 E-RAB Release Command에 의해서 상기 E-RAB 가 릴리즈 될 수 있고, 기지국(704)과 MME(703)은 제어 평면(control plane)으로 연결될 수 있다. 그리고 S710 단계에서, 기지국(704)은 MME(703)으로 E-RAB 릴리즈 응답(Release Response)을 전송할 수 있다.

그리고 S711 단계에서, MME(703)는 SGW(702)로 업데이트 베어러 응답(Update Bearer Response)메시지를 전송할 수 있다. 상기 Update Bearer Response 메시지에는 S11-U MME F-TEID가 포함될 수 있다. 상기 S11-U MME F-TEID는 상기 MME(703)와 SGW(702)의 제어 평면에서 연결을 위한 MME(703)의 IP 주소, 인터페이스 타입(Interface Type)과 TEID를 의미할 수 있다. 그리고 상기 Update Bearer Response 메시지를 수신한 SGW(702)는 S11-U MME 정보를 업데이트 하고, 제어 평면에서 데이터 전송을 위한 CP Opt(S11-U)가 다시 설정될 수 있다. 상기 CP Opt(S11-U)가 설정된 이후에는, 사용자 평면(User Plane)이 아닌 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)를 통한 제어 평면(Control Plane)에서 사용자 데이터(User Data)가 전송될 수 있다.

도 8는 본 발명의 실시예들에 따른 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)의 내부 구조를 도시하는 블록도 이다. 상기 도 8에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 MME는 송수신부(810), 제어부(820)을 포함할 수 있다.

MME의 송수신부(810)는 네트워크 노드(eNB, SGW, PGW 등) 또는 단말과 메시지 송수신을 수행할 수 있다. 이를 위해, 송수신부(810)은 유선 또는 무선 인터페이스를 포함할 수 있다.

MME의 제어부(820)는 MME의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 상기 MME의 제어부(820)는 SGW로부터 Big Data Flag가 포함된 메시지를 수신하여 S1-U 베어러 생성을 트리거 할 수 있다. 그리고 상기 MME의 제어부(820)는 사용자 평면에서 데이터 전송을 위한 S1-U 베어러를 생성하여 데이터를 처리할 수 있다.

상기 MME의 제어부(820)는 단말이 ECM-Idle 상태인 경우 페이징 메시지를 전송할 수 있고, 단말이 ECM-Active 상태인 경우 S1-U switching 또는 Bearer Modification 과정을 통하여 S1-U 베어러를 생성하여 데이터를 처리할 수 있다. 그리고 상기 MME의 제어부(820)는 대용량 데이터(Big Data) 전송이 완료되면, S1 Release 절차를 수행할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 상기 MME의 제어부(820)는 SGW(202)로부터 Downlink Data Notifiacation 메시지를 수신하여 페이징 메시지에 Big Data Flag를 Set 하여 단말(205)로 전송할 수 있다. 그리고 상기 MME의 제어부(820)는 S1-U 베어러 생성 절차를 수행하고, 대용량 데이터(Big Data)의 전송이 완료되면 S1 Release 절차를 수행할 수 있다. 상기 과정은 상기 도 2의 설명에 대응될 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 상기 MME의 제어부(820)는 SGW(302)로부터 Downlink Data Notifiacation 메시지(Big Data Flag가 포함됨)를 수신하여 페이징 메시지를 단말(305)로 전송할 수 있다. 그리고 상기 MME의 제어부(820)는 상기 Big Data Flag를 수신하였으므로, 상기 단말(305)로부터 수신한 서비스 요청(S1-U 또는 S11-U)와 관계없이 S1-U 베어러 생성 절차를 수행하고, 대용량 데이터(Big Data)의 전송이 완료되면 S1 Release 절차를 수행할 수 있다. 상기 과정은 상기 도 3의 설명에 대응될 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 상기 MME의 제어부(820)는 단말(505)로부터 Active Flag가 1로 설정된 Control Plane Service Request를 수신하여 제어 평면에서의 S11-U 베어러를 해제하고 사용자 평면에서의 S1-U 베어러를 Setup 할 수 있다. 그리고 상기 MME의 제어부(820)는 상기 S1-U 베어러를 통해 대용량 데이터(Big Data)의 전송이 완료되면 S1 Release 절차를 수행할 수 있다. 상기 과정은 상기 도 5의 설명에 대응될 수 있다.

또한, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 상기 MME의 제어부(820)는 SGW(602)로부터 Big Data Flag가 포함된 Downlink Data를 수신하여 S1 Release 절차를 수행하여 제어 평면에서의 S11-U 베어러 연결을 해제할 수 있다. 그리고 상기 MME의 제어부(820)는 상기 본 발명의 제2 실시예와 같이 사용자 평면에서의 S1-U 베어러를 생성 절차를 수행할 수 있다. 상기 MME의 제어부(820)는 상기 S1-U 베어러를 통해 대용량 데이터(Big Data)의 전송이 완료되면 S1 Release 절차를 수행할 수 있다. 상기 과정은 상기 도 6의 설명에 대응될 수 있다.

또한, 본 발명의 제5 실시예에 따르면, 상기 MME의 제어부(820)는 SGW(702)로부터 Big Data Flag가 포함된 Update Bearer Request 를 수신하여 사용자 평면에서 데이터 전송을 위한 E-RAB(S1-U)을 Setup 할 수 있다. 상기 MME의 제어부(820)는 상기 E-RAB(S1-U)을 통해 사용자 평면에서 대용량 데이터(Big Data)의 전송이 완료되면, 제어 평면에서 데이터 전송을 위한 E-RAB Release 절차를 수행할 수 있다. 상기 과정은 상기 도 7의 설명에 대응될 수 있다.

한편, 다량의 User Packet이 Control Plane Signaling을 통해서 MME로 수신될 경우, 상기 MME 전체 시스템에 과부하가 발생하게 되어 Data 전송의 신뢰성이 보장받지 못 할 수 있다. User Packet에 대해서 Data 전송의 신뢰성이 보장되지 못하면 재전송 등에 의해서 MME의 User Packet 과부하가 발생할 수 있다. 그리고 다른 가입자의 User Packet까지 과부하제어 동작에 의해 제한되어, 상기 MME로 전송되는 모든 User Packet에 대한 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 상기 실시예들에 의하면, 제어 평면에서 사용자 데이터를 하향링크로 전송(CP Optimization)하는 도중 대용량 데이어(Big Data)가 수신되더라도 User Packet에 대해서 신뢰성 있는 Data 전송이 가능하다. 그리고 User Packet을 eNB 과 SGW 간 S1-U User Plane을 통해 처리함으로써 MME 장비의 과부하를 막을 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

무선통신 시스템에서 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)의 하향링크(Downlink) 데이터 전송 방법에 있어서,
서빙 게이트웨이(Serving GateWay, SGW)로부터, 제어 평면(control plane)에서 전송하도록 설정된 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보를 포함하는 업데이트 베어러 요청(update bearer request)을 수신하는 단계;
상기 정보에 기반하여 단말과 기지국 사이의 무선 베어러(Radio Bearer)와 상기 기지국과 상기 SGW 사이 사용자 평면의 S1 베어러(S1 bearer)로 이루어진 발전된 무선 연결 베어러(Evolve-Radio Access Bearer, E-RAB) 설정(setup) 요청을, 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및
상기 E-RAB 설정 요청에 대응하여 생성된 E-RAB을 통해 상기 단말로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 단말은 제어 평면 최적화(Control Plane Optimization, CP Opt)가 적용된 단말인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보는 상기 SGW가 패킷 게이트웨이(Packet GateWay, PGW)로부터 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터 수신 여부를 나타내는 정보(Big Data Flag)를 포함하고,
상기 Big Data Flag에 기반하여 상기 MME가 상기 기지국으로 E-RAB 설정 요청을 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보는 상기 기지국과 상기 SGW의 연결을 위한 SGW의 인터넷 프로토콜 주소(Internet Protocol Address, IP Address), 인터페이스 타입(Interface Type), 터널 종단 식별자(Tunnel Endpoint Identifier, TEID)를 포함하고,
상기 MME가 상기 E-RAB 설정 요청에 상기 IP Address, 인터페이스 타입, TEID를 포함시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 E-RAB 설정 요청에 대응되고 상기 기지국의 IP 주소를 포함하는 E-RAB 설정 응답(Response)을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
상기 기지국의 IP 주소를 포함하는 업데이트 베어러 응답(Response)을 상기 SGW로 전송하는 단계를 더 포함하고,
상기 인터페이스 타입에 기반하여 제어 평면의 S11-U 베어러가 사용자 평면의 S1-U 베어러로 변경되고,
상기 S1-U 베어러는 상기 SGW의 IP 주소와 상기 기지국의 IP 주소에 기반하여 생성되고,
상기 S1-U 베어러를 통해 사용자 평면에서 데이터가 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
하향링크 데이터 전송이 완료된 경우, 상기 SGW로부터 상기 E-RAB 릴리즈(release) 하기 위한 정보를 포함하는 업데이트 베어러 요청을 수신하는 단계; 및
상기 정보에 기반하여 상기 기지국으로 E-RAB Release 명령(command)을 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 E-RAB 릴리즈(release) 하기 위한 정보는 상기 SGW가 PGW로부터 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터 전송 완료 여부를 나타내는 정보(Big Data Flag)를 포함하고,
상기 Big Data Flag에 기반하여 상기 MME가 상기 기지국으로 E-RAB Release 명령(command)을 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 E-RAB 릴리즈(release) 하기 위한 정보는 상기 MME와 상기 SGW의 연결을 위한 IP-Address, 인터페이스 타입, TEID를 포함하고,
상기 MME가 상기 E-RAB Release 명령에 상기 IP Address, 인터페이스 타입, TEID를 포함시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 E-RAB 릴리즈(release) 요청에 대응되는 E-RAB 릴리즈(release) 응답(Response)을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
상기 MME의 IP 주소를 포함하는 업데이트 베어러 응답(Response)을 상기 SGW로 전송하는 단계를 더 포함하고,
상기 인터페이스 타입에 기반하여 사용자 평면의 S1-U 베어러가 제어 평면의 S11-U 베어러로 변경되고,
상기 S11-U 베어러는 상기 SGW의 IP 주소와 상기 MME의 IP 주소에 기반하여 생성되고,
상기 S11-U 베어러를 통해 제어 평면에서 하향링크 데이터가 CP Opt 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
무선통신 시스템에서 하향링크(Downlink) 데이터를 전송하는 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)에 있어서,
신호를 송수신하는 송수신부; 및
서빙 게이트웨이(Serving GateWay, SGW)로부터, 제어 평면(control plane)에서 전송하도록 설정된 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보를 포함하는 업데이트 베어러 요청(update bearer request)을 수신하고, 상기 정보에 기반하여 단말과 기지국 사이의 무선 베어러(Radio Bearer)와 상기 기지국과 상기 SGW 사이 사용자 평면의 S1 베어러(S1 bearer)로 이루어진 발전된 무선 연결 베어러(Evolve-Radio Access Bearer, E-RAB) 설정(setup) 요청을, 상기 기지국으로 전송하고, 상기 E-RAB 설정 요청에 대응하여 생성된 E-RAB을 통해 상기 단말로 데이터를 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제10항에 있어서,
상기 단말은 제어 평면 최적화(Control Plane Optimization, CP Opt)가 적용된 단말인 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제10항에 있어서,
상기 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보는 상기 SGW가 패킷 게이트웨이(Packet GateWay, PGW)로부터 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터 수신 여부를 나타내는 정보(Big Data Flag)를 포함하고,
상기 Big Data Flag에 기반하여 상기 기지국으로 E-RAB 설정 요청을 전송하는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제10항에 있어서,
상기 데이터(Data)를 사용자 평면(User plane)에서 전송하기 위해 필요한 정보는 상기 기지국과 상기 SGW의 연결을 위한 SGW의 인터넷 프로토콜 주소(Internet Protocol Address, IP Address), 인터페이스 타입(Interface Type), 터널 종단 식별자(Tunnel Endpoint Identifier, TEID)를 포함하고,
상기 E-RAB 설정 요청에 상기 IP Address, 인터페이스 타입, TEID를 포함시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제10항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 E-RAB 설정 요청에 대응되고 상기 기지국의 IP 주소를 포함하는 E-RAB 설정 응답(Response)을 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 기지국의 IP 주소를 포함하는 업데이트 베어러 응답(Response)을 상기 SGW로 전송하고,
상기 인터페이스 타입에 기반하여 제어 평면의 S11-U 베어러가 사용자 평면의 S1-U 베어러로 변경되고,
상기 S1-U 베어러는 상기 SGW의 IP 주소와 상기 기지국의 IP 주소에 기반하여 생성되고,
상기 S1-U 베어러를 통해 사용자 평면에서 데이터가 전송되는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제10항에 있어서, 상기 제어부는,
하향링크 데이터 전송이 완료된 경우, 상기 SGW로부터 상기 E-RAB 릴리즈(release) 하기 위한 정보를 포함하는 업데이트 베어러 요청을 수신하고, 상기 정보에 기반하여 상기 기지국으로 E-RAB Release 명령(command)을 전송하는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제15항에 있어서,
상기 E-RAB 릴리즈(release) 하기 위한 정보는 상기 SGW가 PGW로부터 미리 정해진 크기를 초과하는 하향링크 데이터 전송 완료 여부를 나타내는 정보(Big Data Flag)를 포함하고,
상기 Big Data Flag에 기반하여 상기 기지국으로 E-RAB Release 명령(command)을 전송하는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제15항에 있어서,
상기 E-RAB 릴리즈(release) 하기 위한 정보는 상기 MME와 상기 SGW의 연결을 위한 IP-Address, 인터페이스 타입, TEID를 포함하고,
상기 E-RAB Release 명령에 상기 IP Address, 인터페이스 타입, TEID를 포함시켜 전송하는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.
제15항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 E-RAB 릴리즈(release) 요청에 대응되는 E-RAB 릴리즈(release) 응답(Response)을 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 MME의 IP 주소를 포함하는 업데이트 베어러 응답(Response)을 상기 SGW로 전송하고,
상기 인터페이스 타입에 기반하여 사용자 평면의 S1-U 베어러가 제어 평면의 S11-U 베어러로 변경되고,
상기 S11-U 베어러는 상기 SGW의 IP 주소와 상기 MME의 IP 주소에 기반하여 생성되고,
상기 S11-U 베어러를 통해 제어 평면에서 하향링크 데이터가 CP Opt 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 이동성 관리 엔티티.