KR20230122363A - 통신 시스템에서 브로드캐스트를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

통신 시스템에서 브로드캐스트를 위한 방법 및 장치가 개시된다. UPF 노드의 동작 방법은, DN으로부터 유입된 패킷이 유니캐스트 또는 브로드캐스트 패킷인지 구분하는 단계, 상기 유입된 패킷이 브로드캐스트 패킷인 경우 유효한 트래픽인지 확인하는 단계, 상기 유입된 패킷이 유효한 트래픽인 경우 BTS가 설정된 PDU 세션을 탐색하는 단계, 및 상기 브로드캐스트 패킷에 기초하여 생성된 GTP 패킷을 상기 BTS가 설정된 PDU 세션을 통해 AN으로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

통신 시스템에서　브로드캐스트를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BROADCAST IN COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 시스템에서 단말에게 브로드캐스트 패킷을 전송하는 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소규모 5G 통신 환경에서 주기적으로 브로드캐스트 패킷을 송수신하는 기술에 관한 것이다.

급속한 스마트폰 보급에 따른 LTE 및 5G 모바일 가입자 증가, 온디맨드 컨텐츠와 원활한 모바일 데이터 서비스의 인기, IoT(internet of things) 진화에 따른 디바이스 접속 요구 증가 등은 의해 통신 시장의 성장을 가속화하고 있다. 또한 일반 대중들이 스마트폰 등을 통해 5G망에 접속하고 인터넷, 전화, VR 스트리밍과 같은 오픈 5G 서비스를 받을 수 있는 공중망과 달리, 특정 기업(예를 들어, 공장, 공항, 항구, 병원, 오피스, 대학, 물류센터, 지자체, 정부 기관 또는 발전소 등)에 속한 사람이나 사물의 접속을 허용하고, 이들에게만 필요한 특정 서비스(특화된 서비스)를 제공해줄 수 있는 소규모 5G 환경인 사설망에 대한 연구와 관심이 증가하고 있다. 따라서 소규모 5G 환경 환경에서 트래픽을 효율적으로 관리 및 처리하는 기술은 5G 코어 네트워크에서 필수적으로 연구될 필요가 있다.

일반적으로 이동 통신의 코어 네트워크는 단말의 트래픽을 유니캐스트 형태로 지원할 수 있으며, 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 패킷은 MBMS(multimedia broadcast/multicast service) 기술을 사용하여 별도로 서비스할 수 있다. 하지만 기지국과 단말 간의 무선 자원의 일정 부분이 MBMS 서비스를 위해 할당될 수 있으므로 유니캐스트를 위한 무선 자원이 감소될 수 있다. IoT 응용 서비스의 경우 각 단말에 발생하는 패킷은 사이즈가 작으며 주기적으로 발생할 수 있다. 따라서 사설 5G 망과 같이 운용되며 운용되는 단말의 수가 적은 경우 MBMS 기술을 적용하는 것이 오히려 무선 자원의 손실을 초래할 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 브로드캐스트 패킷을 일부 단말들에 한해서 전송하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 UPF(user plane function) 노드의 동작 방법은, DN(data network)으로부터 유입된 패킷이 유니캐스트 또는 브로드캐스트 패킷인지 구분하는 단계, 상기 유입된 패킷이 브로드캐스트 패킷인 경우 유효한 트래픽인지 확인하는 단계, 상기 유입된 패킷이 유효한 트래픽인 경우 BTS(broadcast traffic support)가 설정된 PDU(protocol data unit) 세션(session)을 탐색하는 단계, 및 상기 브로드캐스트 패킷에 기초하여 생성된 GTP(general　packet　radio service tunneling protocol) 패킷을 상기 BTS가 설정된 PDU 세션을 통해 AN(access network)으로 전송하는 단계를 포함한다.

본 출원에 의하면, 5G 네트워크를 사용하여 IoT 기술을 적용하는 소규모 5G 환경에서 코어 네트워크는 적은 양의 유무선 자원을 사용하여 단말에게 브로드캐스트 패킷을 전송함으로써 자원 관리의 효율성을 증대시킬 수 있다. 이에 따라 통신 시스템의 성능은 향상될 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 통신 시스템에서 트래픽의 유형들을 나타낸 개념도이다.
도 4는 5G 코어 네트워크를 포함하는 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5는 사용자 평면에서 패킷의 처리 과정의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6은 UPF에 PDU 세션(session) 정보를 설정하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 UPF에서 트래픽을 처리하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.

도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신(예를 들어, NR(new radio)) 등을 지원할 수 있다. 4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다.

예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다.

또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)를 더 포함할 수 있다. 통신 시스템(100)이 4G 통신을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity) 등을 포함할 수 있다. 통신 시스템(100)이 5G 통신을 지원하는 경우, 코어 네트워크는 UPF(user plane function), SMF(session management function), AMF(access and mobility management function) 등을 포함할 수 있다.

한편, 통신 시스템(100)을 구성하는 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.

프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함하는 통신 시스템(100)은 "액세스 네트워크"로 지칭될 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.

여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception ooint), eNB, gNB 등으로 지칭될 수 있다.

복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 다바이스(device), IoT(Internet of Thing) 장치, 탑재 장치(mounted module/device/terminal 또는 on board device/terminal 등) 등으로 지칭될 수 있다.

도 3은 통신 시스템에서 트래픽의 유형들을 나타낸 개념도이다.

도 3을 참조하면, 통신 시스템에서 트래픽은 유니캐스트, 브로드캐스트 또는 멀티캐스트로 구분될 수 있다. 유니캐스트는 일 대 일 통신을 말하며 송신자의 MAC 주소와 수신자의 MAC 주소를 알 때의 메시지 전달 방식일 수 있다. 다만, 대량으로 배포되는 패킷이 다수의 대상으로 전송되는 경우, 다수의 대상으로 개별적으로 전송되야 하기 때문에 패킷을 전송하는 호스트의 리소스 및 패킷이 전달되는 네트워크의 부하가 가중될 수 있다.

브로드캐스트는 정보의 전달과정에서 송신자는 알고 있으나 수신자를 특정하지 않을 때 일 대 다수의 통신이 가능하도록 하는 전송 방식일 수 있다. 브로드캐스트는 특정 정보를 네트워크에 있는 모든 대상으로 전송하는 경우 사용될 수 있다. 브로드캐스트에서 패킷을 전송하는 호스트의 부하는 유니캐스트에 비해 줄어들 수 있다. 다만, 브로드캐스트는 네트워크에 있는 모든 목적지에 패킷이 전송되므로 네트워크 상에 트래픽이 증가하는 단점이 있을 수 있다.

멀티캐스트는 한번의 송신으로 메시지나 정보를 여러 컴퓨터에 전송하는 방식으로 일 대 다수의 통신이 가능하도록 하는 전송 방식일 수 있다. 멀티캐스트는 수신자를 그룹화하여 해당 그룹에 해당하는 수신자들만 패킷을 수신할 수 있기 때문에 유니캐스트와 브로드캐스트 기술이 결합된 방식일 수 있다. 또한 멀티캐스트는 그룹캐스트로 호칭될 수도 있다.

다음으로, 코어 네트워크에서 단말로 브로드캐스트 패킷을 전송하기 위한 방법들이 설명될 것이다.

도 4는 5G 코어 네트워크를 포함하는 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 서비스 기반으로 정의되는 5G 통신 시스템 구조(architecture)(400)를 네트워크 기능(network function, NF)들 간의 상호 동작 및 연결 관계로 나타낼 수 있다. 특히, 비로밍(non-roaming)인 경우 5G 통신 시스템 구조(400)를 도 4와 같이 정의할 수 있다.

5G 통신 시스템 구조(400)는 네트워크 기능에 해당하는 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다. 5G 통신의 핵심망은 네트워크 슬라이싱(slicing)을 고려할 수 있고, 제어 평면과 데이터 평면을 분리하는 구조로 정의되어 각각의 기능에 따라 네트워크 기능으로 분리될 수 있다. 각 네트워크 기능은 다음과 같은 기능을 지원할 수 있다.

AUSF(authentication server function) 노드는 단말 인증을 위한 데이터를 저장할 수 있다. AMF(access and mobility management function)는 단말 단위의 접속 및 이동성 관리 기능을 제공할 수 있으며, 단말 하나 당 기본적으로 하나의 AMF에 연결될 수 있다. DN(data network)은 운영자 서비스, 인터넷 접속 또는 서드파티(3rd party) 서비스 등을 의미할 수 있다. DN은 후술할 UPF(user plane function)로 하향링크 PDU(protocol data unit)을 전송할 수 있고, 또는 단말로부터 전송된 PDU를 UPF 로부터 수신할 수 있다. PCF(policy control function)는 어플리케이션(application) 서버로부터 패킷 흐름에 대한 정보를 수신하여, 이동성 관리, 세션(session) 관리 등의 정책을 결정하는 기능을 제공할 수 있다. SMF(session management function)는 세션 관리 기능을 제공할 수 있으며, 단말이 다수개의 세션을 가지는 경우 각 세션 별로 서로 다른 SMF에 의해 관리될 수 있다. UDM(unified data management)은 단말의 가입 데이터, 정책 데이터 등을 저장할 수 있다. UDM은 어플리케이션 프론트엔드(front-end) 및 사용자 데이터 저장소(user data repository, UDR)를 포함할 수 있다.

UPF(user plane function)는 DN으로부터 수신한 하향링크 PDU를 (R)AN(radio access network)을 경유하여 단말에게 전달할 수 있으며, (R)AN을 경유하여 단말로부터 수신한 상향링크 PDU를 DN으로 전달할 수 있다. AF(application function)는 서비스 제공(예를 들어, 트래픽 라우팅(routing) 상에서 어플리케이션 영향, 네트워크 능력 노출(network capability exposure) 접근 및 정책 제어를 위한 정책 프레임워크(framework)와의 상호 동작 등의 기능을 지원)을 위해 LTE 및 LTE-A의 코어망과 상호 동작할 수 있다. (R)AN은 4G 통신 시스템의 무선 액세스 기술의 진화된 버전인 진화된 E-UTRA(evolved E-UTRA)와 NR의 gNB와 같은 새로운 무선 액세스 기술을 모두 지원하는 새로운 무선 액세스 망을 총칭할 수 있다. gNB은 무선 자원 관리를 위한 기능들(예를 들어, 무선 베어러 제어(radio bearer control), 무선 허락 제어(radio admission control), 연결 이동성 제어(connection mobility control), 상향링크 및/또는 하향링크에서 단말에게 무선 자원의 동적 할당(스케줄링)) 또는 IP(internet protocol) 헤더 압축 등의 기능을 지원할 수 있다.

비구조화된 데이터 저장 네트워크 기능(unstructured data storage network function, UDSF), 구조화된 데이터 저장 네트워크 기능(structured data storage network function, SDSF), 네트워크 노출 기능(network exposure function, NEF) 및 NF 저장소 기능(NF Repository function, NRF)와 같은 네트워크 기능(NF)들은 필요에 따라 UDSF, NEF 및 NRF와 상호 동작을 수행할 수 있다. NEF는 LTE 및 LTE-A 네트워크 기능들에 의해 제공되는 서드파티(3rd party), 내부 노출(internal exposure), 재노출(re-exposure), 어플리케이션 기능, 에지 컴퓨팅(edge computing)을 위한 서비스들 및 능력들을 안전하게 노출하기 위한 수단을 제공할 수 있다. NRF는 서비스 디스커버리(discovery) 기능을 지원할 수 있다. NRF는 NF 인스턴스(instance)로부터 NF 디스커버리 요청을 수신할 수 있고， 발견된 NF 인스턴스의 정보를 NF 인스턴스에게 제공할 수 있다. 또한, NRF는 이용 가능한 NF 인스턴스들과 그들이 지원하는 서비스를 유지할 수 있다. NSSF(network slice selection function)은 네트워크 슬라이싱을 선택하는 기능을 수행할 수 있다. SDSF는 어떠한 NEF에의한 구조화된 데이터로서 정보를 저장 및 회수(retrieval)하는 기능을 지원하기 위한 선택적인 기능일 수 있다. UDSF은 어떠한 NF에 의한 비구조적 데이터로서 정보를 저장 및 회수(retrieval) 기능을 지원하기 위한 선택적인 기능일 수 있다.

한편 도 4를 다시 참조하면, 소정의 NF에 의해 제공되는(노출되는) 서비스의 세트를 나타내는 서비스 기반 인터페이스가 있을 수 있다. 이러한 서비스 기반 인터페이스는 제어평면 내에서 사용될 수 있다. Namf는 AMF에 의해 공개된(exhibited) 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있고, Nsmf는 SMF에 의해 공개된 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있고, Nnef는 NEF에 의해 공개된 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있다. 또한 Npcf는 PCF에 의해 공개된 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있다. 그리고 Nudm은 UDM에 의해 공개된 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있고, Naf는 AF에 의해 공개 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있다. Nnrf는 NRF에 의해 공개된 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있고, Nausf는 AUSF에 의해 공개된 서비스 기반 인터페이스를 의미할 수 있다.

도 5는 사용자 평면에서 패킷의 처리 과정의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 5G 코어 네트워크에서 단말의 사용자 트래픽은 UPF가 처리할 수 있으며, UPF는 (R)AN과 GTP(general　packet　radio service tunneling protocol)를 사용하여 트래픽 서비스를 지원할 수 있다. UPF는 SMF 블록과 N4 인터페이스 기반의 PFCP(packet forwarding control protocol)를 통해 PDR(packet detection rule), FAR(forwarding action rule), QER(QoS enforcement rule) 및/또는 UPR(usage report rule)을 제공받아 사용자 트래픽을 처리할 수 있다.

더욱 상세하게, UPF는 PFCP 세션을 조회하여 PDR에 일치하는 PFCP 세션을 탐색할 수 있다(S501). UPF는 가장 높은 순위에 따라 PFCP 세션의 일치하는 PDR을 탐색할 수 있다(S502). PDR은 패킷 감지 규칙으로 패킷을 특정 처리 규칙과 일치시키기 위한 정보를 포함할 수 있고, 외부 캡슐화와 내부 사용자 평면 헤더를 모두 일치시킬 수 있다. UPF는 일치하는 PDR에 설정된 규칙(예를 들어, FAR, QER 또는 URR)을 적용할 수 있다(S503). 포지티브 매칭에 다음 규칙이 적용될 수 있다. FAR은 전달 작업 규칙으로 첫 번째 패킷 알림에 대한 트리거를 포함할 수 있다. 또한 FAR은 PDR과 일치하는 패킷을 삭제, 전달, 버퍼링 또는 복제해야하는지 여부 및 방법을 규정할 수 있고, 패킷 캡슐화 또는 헤더 강화 규칙을 포함할 수 있다. QER은 QoS(quality of service)　시행 규칙(예를 들어, QoS 제어, 흐름 및 서비스 수준 표시를 제공하기 위한 규칙)을 포함할 수 있다. URR은 사용보고 규칙으로 사용자 평면 기능에서 처리하는 트래픽을 계산하고 보고하기 위한 규칙을 포함할 수 있으며, CPF에서 과금 기능을 활성화하는 보고서를 생성할 수 있다.

기존의 PFCP에 포함되는 PDR 정보는 단말 별로 패킷을 캡처할 수 있는 룰을 제공하여 단말의 유니캐스트 패킷을 처리할 수 있는 방법을 지원할 수 있다. 따라서 소규모 5G 환경인 사설망에서 IoT 서비스 등으로 인하여 발생하는 브로드캐스트 패킷을 단말로 전달할 수 있는 방법이 없을 수 있다. 따라서 이하 소규모 5G 환경인 사설망에서 브로드캐스트 패킷을 단말로 전달할 수 있는 방법을 설명할 수 있다.

[브로드캐스트 패킷 전송 방법]

5G 코어 네트워크에서 브로드캐스트 패킷 전송 방법은 단말로 브로드캐스트 패킷을 전송하기 위해서 사용자 트래픽을 처리하는 블록인 UPF에 단말 정보를 설정하는 절차와 UPF에서 브로드캐스트 패킷을 처리하는 절차로 나눠질 수 있다.

[UPF에 단말 정보를 설정하는 절차]

도 6은 UPF에 PDU 세션(session) 정보를 설정하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도 6을 참조하면, 단말에 트래픽 서비스를 제공하기 위한 PDU 세션 정보는 SMF에서 제공하는 정보(예를 들어, PDR, FAR, URR, QER 또는 BAR)를 통해 UPF에 설정될 수 있다. 또한 SMF는 UPF로 해당 단말이 브로드캐스트 패킷 서비스를 제공받을지 여부에 대한 정보를 제공할 수도 있다.

[브로드캐스트 패킷을 처리하는 절차]

도 7은 UPF에서 트래픽을 처리하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.

도 7을 참조하면, 외부에서 5G 코어 네트워크의 UPF(700)로 패킷이 유입된 경우 브로드캐스트 패킷을 처리하는 절차는 다음과 같을 수 있다. DN(data network)(701)으로부터 유입된 패킷에 대해 패킷 분류기(702)는 유니캐스트 또는 브로드캐스트 패킷인지 구분할 수 있다. 유입된 패킷이 유니캐스트 패킷인 경우는 유니캐스트 패킷 처리기(703)는 5G 코어 네트워크에 연결된 단말로의 패킷인지 확인할 수 있다. 이후 PDR 처리기(704)는 PDU 세션 컨텍스트(context)에서 PDU 세션의 탐색(detection) 룰에 따라 특정 PDU 세션을 탐색할 수 있다. FAR 처리기(705)는 탐색된 PDU 세션의 정보를 기반으로 GTP 패킷을 구성하여 AN(access network)(709)으로 전송할 수 있다.

유입된 패킷이 브로드캐스트 패킷인 경우 브로드캐스트 패킷 처리기(706)는 유입된 패킷이 유효한 트래픽인지 확인할 수 있다. PDR 처리기(707)는 PDU 세션 컨텍스트에서 BTS(broadcast traffic support)가 설정된 모든 PDU 세션을 탐색할 수 있다. FAR 처리기(708)는 탐색된 BTS가 설정된 PDU 세션에 대해 GTP 패킷을 구성하여 AN(access network)(709)으로 전송할 수 있다. 상술한 절차를 통해 브로드캐스트 패킷을 전송하는 절차에서 UPF(700)는 브로드캐스트 패킷을 1회 전송을 할 수 있으며, UPF(700)에서 관련된 모든 단말의 PDU 세션으로 데이터를 전송하여 네트워크의 부하를 줄일 수 있다.

5G 네트워크에 연결되어 서비스를 받는 단말에 발생한 브로드캐스트 패킷의 경우에도 도 7과 같이 UPF(700)에서 패킷을 캡처하여 처리할 수 있으나, 자신이 전송한 브로드캐스트 패킷을 다시 수신하는 문제가 발생할 수 있다. 상술한 문제를 해결하기 위해 브로드캐스트 패킷 처리기(706)와 연결된 PDR 처리기(707)는 수신한 패킷의 소스 IP 주소를 확인하여 PDU 세션의 단말 IP 주소와 같지 않은 경우에만 브로드캐스트 패킷을 하향으로 전송하도록 하여 자신이 전송한 브로드캐스트 패킷을 다시 수신하지 않도록 처리할 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 설정컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 통신 시스템에서 UPF(user plane function) 노드의 동작 방법으로,
   DN(data network)으로부터 유입된 패킷이 유니캐스트 또는 브로드캐스트 패킷인지 구분하는 단계;
   상기 유입된 패킷이 브로드캐스트 패킷인 경우 유효한 트래픽인지 확인하는 단계;
   상기 유입된 패킷이 유효한 트래픽인 경우 BTS(broadcast traffic support)가 설정된 PDU(protocol data unit) 세션(session)을 탐색하는 단계; 및
   상기 브로드캐스트 패킷에 기초하여 생성된 GTP(general　packet　radio service tunneling protocol) 패킷을 상기 BTS가 설정된 PDU 세션을 통해 AN(access network)으로 전송하는 단계를 포함하는, UPF 노드의 동작 방법.

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