WO2012020958A2 - 이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 방법 및 장치 - Google Patents

이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 방법 및 장치 Download PDF

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WO2012020958A2
WO2012020958A2 PCT/KR2011/005778 KR2011005778W WO2012020958A2 WO 2012020958 A2 WO2012020958 A2 WO 2012020958A2 KR 2011005778 W KR2011005778 W KR 2011005778W WO 2012020958 A2 WO2012020958 A2 WO 2012020958A2
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mobile communication
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이성원
임한나
배범식
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삼성전자 주식회사
경희대학교산학협력단
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04W8/00—Network data management
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    • H04W8/02—Processing of mobility data, e.g. registration information at HLR [Home Location Register] or VLR [Visitor Location Register]; Transfer of mobility data, e.g. between HLR, VLR or external networks
    • H04W8/04—Registration at HLR or HSS [Home Subscriber Server]
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    • H04W60/00—Affiliation to network, e.g. registration; Terminating affiliation with the network, e.g. de-registration
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    • H04W60/02—Affiliation to network, e.g. registration; Terminating affiliation with the network, e.g. de-registration by periodical registration
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/70—Services for machine-to-machine communication [M2M] or machine type communication [MTC]

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for providing a service to a terminal in a mobile communication system. More specifically, the present invention provides a method and apparatus for initially registering a terminal in a mobile communication system without bearer path and IP address allocation and allocating a radio resource, a bearer resource, and an IP address through a paging procedure when a packet to be delivered to the terminal is generated. It is about.
  • mobile communication systems have been developed to provide voice services while guaranteeing user activity.
  • mobile communication systems are gradually expanding to not only voice but also data services, and now they have developed to the extent that they can provide high-speed data services.
  • a shortage of resources and users demand faster services, and thus, a more advanced mobile communication system is required.
  • LTE Long Term Evolution
  • 3GPP The 3rd Generation Partnership Project
  • LTE is a technology that implements high-speed packet-based communication with a transmission rate of up to 100 Mbps.
  • various methods are discussed.
  • the network structure can be simplified to reduce the number of nodes located on the communication path, or the wireless protocols can be as close to the wireless channel as possible.
  • the MTC device refers to a communication method for terminals that are not mobile unlike mobile communication that assumes mobility.
  • the terminal performing the MTC may include a vending machine installed at a fixed location, a home appliance located in a home, or a surveillance camera installed at a predetermined place for security.
  • the present invention has been made to solve the above problems, in order to solve the IP address shortage phenomenon for the terminal to register the terminal in the mobile communication system without a bearer path and IP address for the first time, the packet to be delivered to the terminal It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for providing a service to a terminal for allocating a radio resource, a bearer resource and an IP address through a paging procedure.
  • an object of the present invention is to define a new terminal state for an MTC device for economically performing Always-on based on the MTC device and service characteristics, and to propose a new MTC terminal registration procedure and technology for enabling the same. It is done.
  • Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for establishing an MTC device terminated paging and IP bearer connection for an MTC device without an IP address assuming LTE, a packet-only mobile communication technology.
  • a terminal having a virtual fixed IP address transmits an access request message for initiating registration to the mobile communication system to a mobility management entity. Transmitting, the mobility management entity registering the location of the terminal with a home subscriber server, and the mobility management entity sending a connection permission message to the terminal to complete the registration.
  • the process of delivering an IP packet to a registered terminal includes generating a downlink data notification message when a packet data network (PDN) gateway receives a packet to be transmitted to the terminal from an external node. Sending a downlink data notification message to the mobility management entity and the mobility management entity paging the terminal to allocate radio resources, bearer resources, and IP addresses to the terminal.
  • PDN packet data network
  • a device providing a service to a terminal has a virtual fixed IP, and when the terminal transmits a connection request message for initiating registration with the mobile communication system and when the connection request message is received, And a mobility management entity that registers the location of the terminal to the home subscriber server and transmits a connection permission message to the terminal to complete the registration.
  • the apparatus of the present invention for delivering an IP packet to the terminal may further generate a downlink data notification message upon receiving a packet to be delivered to the terminal from an external node, and manage the mobility of the generated downlink data notification message. It may further include a packet data network (PDN) gateway for transmitting to the entity.
  • PDN packet data network
  • the mobility management entity may page the terminal and allocate a radio resource, a bearer resource, and an IP address to the terminal.
  • a terminal is initially registered without a bearer path and IP address assignment to a mobile communication system, and a service is allocated to the terminal for allocating a radio resource, a bearer resource, and an IP address through a paging procedure when a packet to be delivered to the terminal is generated. to provide. Therefore, the IP address shortage phenomenon due to the increase of terminals, in particular MTC terminals can be solved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a conventional mobile communication system, in particular, LTE.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal structure of a conventional MME 150
  • FIG. 3 is a block diagram showing the internal structure of a conventional PGW 140
  • FIG. 4 is a block diagram showing the internal structure of a conventional HSS 160.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an operation concept of a conventional method in which communication is performed by allocating an IP address to the terminal 110.
  • FIG. 6 is a view showing an operation sequence when the terminal does not have an IP address in the conventional room.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of an existing scheme in which a terminal allocates radio resources and acquires an IP path / address.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of performing a paging procedure for a terminal 110 having an IP address.
  • FIG 9 illustrates a structure of a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 is a diagram showing the structure of a mobile communication system provided with dedicated PGW 1020 and SGW 1010 for MTC traffic.
  • FIG. 11 illustrates a path through which MTC traffic is transmitted through dedicated PGWs and SGWs in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an internal structure of an MME 950 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the internal structure of a PGW 940 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating the internal structure of an HSS 960 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating a registration procedure of a terminal 910 according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a flowchart illustrating a process of receiving an IP packet from another terminal (external node) 990 on the Internet after the terminal 910 is registered in the mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating a process of discarding an IP packet delivered from an external node.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating the operation of the MME 950 in the registration procedure of the terminal 910 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating an operation sequence of the PGW 940 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating an operation sequence of the MME 950 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating an operation sequence of a terminal 910 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating an operation sequence of the HSS 960 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • FIG. 23 is a diagram showing a new field included in a connection request message of the present invention.
  • FIG. 24 illustrates an additional message field for paging terminal 910 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 illustrates fields included in a serving control request message for paging a terminal 910 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 illustrates fields included in a serving control response message according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 27 illustrates database fields added to HSS 960 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 illustrates database fields added to MME 950 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 illustrates database fields added to the PGW 940 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 30 to 32 are diagrams illustrating whether an IP address is allocated in a registration completion step, a paging step, and a communication enable step of a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • 33 to 35 are diagrams illustrating whether to assign an IP address when tunneling is connected between the MTC server and the PGW in the registration completion phase, paging phase, and communication enable phase of the terminal.
  • 36 is a flowchart illustrating a process of allocating an IP address of the terminal 910 using a DNS server according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 30-32 illustrate an operational embodiment of a DNS based scheme corresponding to FIGS. 30-32.
  • the terminal of the present invention described below may refer to an MTC device without mobility, but is not necessarily limited thereto and may also mean a general mobile communication terminal supporting mobility.
  • the present invention described below uses the network structure and terminology of the Long Term Evolution (LTE) of the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) to explain the proposed contents and operations in a more specific manner.
  • LTE Long Term Evolution
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • the proposal is not limited to the LTE communication network, and may be applied to other mobile communication technologies.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a conventional mobile communication system, in particular, LTE.
  • a server (MTC Server) 190 for sending information to or collecting information from the terminal is located at both ends of the network.
  • the server 190 may belong to a mobile communication provider's network, but may be connected to a mobile communication network through the Internet.
  • the latter model that is, the server 190 is a diagram illustrating a structure connected to the mobile communication network through the Internet.
  • LTE is a base station (eNB) 120 performing wireless communication, a serving gateway (SGW) 130 carrying bearer traffic of a terminal, and an IP as a contact point of a bearer. It consists of a PDN Gateway (PGW) (140) for assigning and managing addresses.
  • PGW PDN Gateway
  • MME mobility management entity
  • HSS home subscriber server
  • PCRF Policy Charging Resource Function
  • PCRF Policy Charging Resource Function
  • each entity has a database for constructing and managing information on its own with the interface protocol processor along with a communication transceiver for processing a communication protocol with a counterpart device having an interface.
  • a data buffer for buffering and processing traffic is provided.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal structure of a conventional MME 150. As shown in FIG.
  • the network transceivers 210 and 220 and the network conversion processor 230 process a communication protocol with the counterpart device having an interface.
  • the MME 150 communicates with the HSS 160, the base station 120, and the SGW 130, and thus has respective interface protocol processors for communication protocol processing with the counterpart device. . That is, the base station interface processor 240 for processing the communication protocol with the base station 120, the serving gateway interface processor 250 for processing the communication protocol with the SGW 130, and the communication protocol with the HSS 160. Home subscriber server interface processor (260).
  • the database 270 stores programs and data necessary for performing overall operations of the MME 150.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the internal structure of a conventional PGW 140. As shown in FIG.
  • the network transceivers 310 and 320 and the network conversion processor 330 process a communication protocol with the counterpart device having an interface.
  • the PGW 140 communicates with the SGW 130, the PCRF 170, and the Internet 180, and accordingly, includes a respective interface protocol processor for communication protocol processing with the counterpart device. . That is, the IP traffic interface processor 340 for processing the communication protocol with the Internet 180, the PCRF interface processor 350 for processing the communication protocol with the PCRF 170, and the communication protocol with the SGW 130 are processed. And a serving gateway interface processor 360.
  • the database 270 stores programs and data necessary for performing overall operations of the PGW 140.
  • the PGW 140 is an IP contact of the terminal 110, and may be provided with a data buffer 380 for this because the actual IP traffic flows in and out of the device.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the internal structure of a conventional HSS 160.
  • the network transceivers 410 and 420 and the network conversion processor 430 process a communication protocol with the counterpart device having an interface.
  • the HSS 160 communicates with the MME 160, and thus includes each interface protocol processor for communication protocol processing with the counterpart device. That is, it may be provided with a mobility management entity interface processor 440 for processing a communication protocol with the MME 160.
  • the database 450 stores programs and data necessary for performing overall operations of the HSS 160.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an operation concept of a conventional method in which communication is performed by allocating an IP address to the terminal 110.
  • the terminal has its own private and temporary IP address (A), and the server has a public IP address (Y).
  • the private and temporary IP addresses (A) of the terminal has a corresponding public and temporary address (X), the mapping relationship thereof is provided in the gateway.
  • the gateway converts the temporary IP address (A) of the terminal into a public and temporary address (X) and delivers it.
  • the gateway converts the public and temporary addresses (X) of the terminal into a temporary IP address (A) and transmits the message or packet from the server to the terminal.
  • Such a conventional communication scheme allows the terminal 110 to communicate with the mobile communication network by allocating radio resources to the terminal 110 to perform communication.
  • the existing scheme basically supports the mobility of the terminal 110, the location tracking and periodic registration update for the terminal 110 was always performed.
  • the terminal 110 to support only packet services must be assigned an IP address. Therefore, in order for the server to transmit information to the terminal 110 at any time at any time (MTC Device Terminated), the terminal 110 is always connected to the mobile communication network and is provided with mobility, and is assigned an IP address and maintains the corresponding IP. It must occupy processing and memory.
  • the server 190 Since the IP address allocation in the mobile communication system mostly allocates a temporary address, as shown in FIG. 6, the server 190 sends information to the temporary IP address used by the terminal 110 in the past, or even if the corresponding address is assigned. If the IP address is permanently assigned to the terminal 110, but at this time, the allocation of radio resources and the setting of the IP bearer path are not made, and thus the information transmission to the terminal 110 is impossible.
  • the PGW 140 erases the corresponding IP message (step S630).
  • the terminal 110 is basically registered with the mobile communication network to allocate radio resources, and the IP traffic is transmitted from the PGW 140 to the terminal 110 together with the IP address. Resource allocation of the path to flow is required, and it must be maintained for Always-on.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a conventional procedure in which the terminal 110 allocates radio resources and acquires an IP path and address.
  • the request for allocation of radio resources and IP addresses always starts from the terminal 110, which is derived from the philosophy that the existing mobile communication technology is a person-oriented service environment, and a person starts a desired service. Accordingly, the terminal 110 transmits an attach request message to the MME 150 through the base station 120 in step S710.
  • the MME 150 receiving the attach request message of the terminal 110 performs communication between the HSS 160 and the terminal 110 through steps S715 and S720 to check suitability and legitimacy. Perform the / Security process.
  • the MME 150 performs an update location request / acknowledge procedure for registering the location of the terminal 110 with the HSS 160.
  • the MME 150 sets the bearer paths of the SGW 130 and the PGW 140 through the session creation request and response message in steps S730 and S735 for the terminal 110 that has been registered. And IP address assignment.
  • the MME 150 communicates with the base station 120 and the terminal 110 to allocate radio resources through steps S740 to S765, and initial context setup and radio resource connection setup procedures. Perform
  • the MME 150, SGW 130, and PGW 140 Upon successful allocation of radio resources, the MME 150, SGW 130, and PGW 140, through steps S770 and S775, bearer modification requests and responses that adjust the differences, such as the quality of the radio resources and the bearer path. Perform the Modify Bearer Request / Response procedure. Thereafter, the mobile communication network basically tracks and identifies the mobility of the terminal 110 in steps S780 to S785.
  • the procedure of maintaining only the IP address while canceling radio resources is to induce other users to use the radio resource.
  • the IP address must be maintained. If a request for transmission of IP traffic to the terminal 110 is generated while maintaining only the IP address and deleting all the radio resources, the radio resources are recovered according to the procedure of FIG. 8.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of performing a paging procedure for the terminal 110 having an IP address.
  • step S810 it is assumed that even after the radio resource release, the terminal 110 continues to maintain the IP address assigned in the registration procedure as shown in FIG.
  • step S815 it is assumed that data (or packet, traffic, etc.) to be transmitted from any node (or server) 190 to the terminal 110 has occurred.
  • the data is transmitted to the PGW 140, which is an IP contact point between the terminal 110 and the node 190, and the PGW 140, in step S820, receives a downlink data notification message when receiving the data. Transfer to 150 to page the terminal 110.
  • step S825 the MME 150 transmits a downlink data notification acknowledgment message to the PGW 140 and pages the corresponding terminal 110 via the base station 120.
  • step S835 the radio resource recovery operation is performed by the service request of the terminal 110.
  • the multi-radio resource operation is step S840, which is similar to the registration procedure of the terminal 110 in FIG. 7 described above, and does not perform a session creation procedure for obtaining an IP address and assigning a PGW of the terminal 110. There is only a difference.
  • the existing scheme is basically that the processing and memory load for supporting Always-on for all terminals 110 in the mobile communication network is too large.
  • Persistent IP address allocation and management for the terminal 110 causes processing and memory load of the SGW 130 and the PGW 140, and the location tracking of the fixed characteristics of the terminal 110, in particular, MTC devices and Management techniques unnecessarily cause processing and memory loads of the MME 150, eNB 120, and HSS 160.
  • the MTC service through mobile communication will gradually expand, but considering the above load for the case of transmitting and receiving only a small amount of information such as a smart meter once a month, economical MTC business is impossible even at the business level.
  • the existing scheme assumes an Internet address mapped 1: 1 with an IP address used by the terminal 110 and expresses the corresponding address to the terminal 110 on the Internet.
  • IPv4 address there is no IPv4 address that can support Always-on for the terminal 110, especially MTC devices, which grow exponentially on the Internet.
  • IPv6 Since the introduction of IPv6 on the Internet has to replace existing facilities, it is a difficult scenario in the short and medium term, so it is necessary to take measures to make MTC devices always-on.
  • terminal terminated traffic is important in addition to terminal originated in human-centric mobile communication. Always-on support is very important.
  • the present invention initially registers a terminal in a mobile communication system without a bearer path and IP address allocation, and then allocates a radio resource, a bearer resource, and an IP address through a paging procedure when a packet to be delivered to the terminal occurs. It provides a method and apparatus for providing a service to the terminal, which will be described in detail below.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a structure of a mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the mobile communication system of the present invention shown in FIG. 9 illustrates an embodiment in which a new function is added to each node of the conventional mobile communication system. Therefore, conventional LTE communication devices are upgraded to support the functions proposed by the present invention.
  • the PGW 940 has an interface with the MME 950 and the HSS 960.
  • the mobile communication system of FIG. 9 is a structure that supports conventional human-centric traffic and future MTC traffic in one network, and as shown in FIG. 10 in an evolutionary technique, a dedicated PGW 1020 and an SGW 1010 for MTC traffic. It is also possible to install).
  • MTC traffic is delivered through dedicated PGWs and SGWs as shown in FIG.
  • the present invention is not limited thereto, and the same principles and procedures may be applied to the structure illustrated in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an internal structure of an MME 950 according to an embodiment of the present invention.
  • the internal structure of the MME 950 of the present invention shown in FIG. 12 is similar to the internal structure of the conventional MME 150 shown in FIG. However, since the MME 950 of the present invention should have an interface for communicating with the PGW 940, the MME 950 may further include a PGW interface processor 1260 for processing a communication protocol with the PGW 940.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the internal structure of a PGW 940 according to an embodiment of the present invention.
  • the internal structure of the PGW 940 of the present invention shown in FIG. 13 is similar to the internal structure of the conventional PGW 140 shown in FIG. However, since the PGW 940 of the present invention should have an interface for communicating with the MME 950 and the HSS 960, the MME interface processor 1360 and the HSS for processing a communication protocol with the MME 950 may be provided. An HSS interface processor 1350 may be further provided for processing a communication protocol with 960.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating an internal structure of an HSS 960 according to an embodiment of the present invention.
  • the internal structure of the HSS 960 of the present invention shown in Fig. 14 is similar to the internal structure of the conventional HSS 160 shown in Fig. 4. However, the HSS 960 of the present invention communicates with the PGW 940. Since it is necessary to have an interface for performing the PGW interface processor 1450 for processing a communication protocol with the PGW 940 may be further provided.
  • 15 is a flowchart illustrating a registration procedure of a terminal 910 according to an embodiment of the present invention.
  • the registration procedure of the terminal 910 shown in FIG. 15 is simplified than the registration procedure of the conventional terminal 110 shown in FIG. This is because the terminal 910 registration procedure of the embodiment of the present invention does not process bearer path establishment and IP address assignment by default differently from the conventional procedure. Therefore, the mobile communication network is powered on to notify that it is alive, and performs only a level of work that informs the current location.
  • the terminal 910 transmits an attach request message (Attach Request) to the base station and the MME 950 at the time of registration.
  • Attach Request an attach request message
  • the access request message transmitted by the terminal 910 may include the new field shown in FIG. 23.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a new field included in a connection request message according to an embodiment of the present invention.
  • the added new field includes a general attach field and a mobility support field.
  • the general access field is a field indicating whether to process the corresponding terminal 910 in the same manner as the registration procedure of the conventional terminal (registration procedure of FIG. 7). If the field is set to "1", the terminal is processed by a conventional registration procedure. If the field is set to "0", the terminal is processed by a registration procedure according to an embodiment of the present invention.
  • the mobility support field is a field indicating whether to perform location tracking and management for the terminal 910. If the field is set to "1", the location tracking and management for the terminal is performed. If the field is set to "0", the location tracking and management for the terminal 910 is not necessary as the fixed terminal.
  • the MME 950 when the MME 950 receiving the access request message is set to “0”, the MME 950 communicates with the terminal 910 and the HSS 960 in step S1520. Determination of suitability and legality according to the use of the mobile communication system of the terminal 910. In addition, in step S1530 and step S1540, the MME 950 registers the location of the terminal 910 in the HSS 960 and stores a value indicating whether the MME 950 supports tracking and management of location registration in the HSS 960. .
  • step S1550 and step S1555 the MME 950 transmits an access accept message to the terminal 910 through the base station 920, and attaches a confirmation message from the terminal 910 in steps S1560 and S1565. Complete) to complete the registration process. Thereafter, the location tracking operation for the terminal 910 is additionally performed in step S1570 according to the mobility support.
  • the terminal 910 may be registered in the mobile communication system, but bearer path setting and IP address allocation may not be performed. That is, in the present invention, the terminal is registered in the mobile communication system, but bearer and IP related resources are not allocated, and the location and the state of the terminal 910, in particular, the MTC device, which can additionally be performed, can be tracked and managed. Define the message and operation procedure.
  • FIG. 28 is a diagram illustrating a database record generated in the MME 950 for a corresponding terminal when performing a registration procedure of the terminal 910 according to an embodiment of the present invention.
  • a UE identifier is an identifier for a corresponding terminal.
  • the access mode refers to the registration mode requested by the terminal.
  • HSS Identifier (HSS Identifier) is an identifier of the HSS that manages the subscription record for the terminal is additional information.
  • the SGW and PGW identifiers are identifiers of SGWs and PGWs that support the UE when the UE acquires bearer resources and is assigned an IP address. In this case, if only the registration procedure of FIG. 15 passes, the SGW and PGW fields are blanked as in the case of UE3 (UE_3) of FIG. 28. This is because the bearer path is not set in the registration procedure of FIG. 15.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a database record for a corresponding terminal created in the HSS 960 when delivering a location update message.
  • a UE identifier of FIG. 27 is an identifier for a corresponding terminal.
  • the access mode (attach mode) refers to the registration mode requested by the terminal.
  • the SGW and PGW identifiers are SGW and PGW identifiers that support the UE when the UE acquires bearer resources and is assigned an IP address. In this case, if only the registration procedure of FIG. 15 is performed, the SGW and PGW are blanked as in the case of UE 3 (UE_3) of FIG. This is because the bearer path is not set in the registration procedure of FIG. 15.
  • the virtual fixed IP address is a permanent static IP address that is recognized by the MTC server on the Internet.
  • the virtual fixed IP address is assumed to be allocated at the time of joining the terminal, and the server also knows the corresponding IP address capable of Always-on communication with the terminal through the joining process.
  • the allocated real IP addresses are assigned to UE 2 (UE_2) and UE 3 (UE_3) of FIG. 27. Blank) as in the case of).
  • the bearer is set up through the PGW and the IP address is acquired in the mobile communication
  • the allocated real IP address is updated with the address allocated in the real mobile communication system such as UE1 (UE_1).
  • the blacklist and whitelist IP addresses are IPs that are set to be inaccessible to the corresponding terminal or are only accessible to the corresponding terminal. This is to support a more stable and secure service in consideration of the 1: N server and the terminal. This field may be set at the time of subscribing the terminal for the request of the operator who owns the terminal or for security reasons of the mobile communication provider.
  • the terminal is assigned a radio resource and bearer path in the mobile communication system, and defines a virtual static IP address that can identify the terminal by the counterpart device on the Internet without being assigned an IP address,
  • the counterpart device on the top performs communication with the corresponding terminal through the virtual static IP address.
  • 16 is a flowchart illustrating a process of receiving an IP packet from another terminal (external node) 990 on the Internet after the terminal 910 is registered in the mobile communication system according to an embodiment of the present invention.
  • step S1605 it is assumed that when the terminal 910 registers only its location when registering with the mobile communication system as shown in step S1605, it is not assigned a bearer and an IP address.
  • the external node 990 connected to the internet may identify the terminal through a virtual static IP address.
  • step S1610 when an IP packet is received from the other node 990 of the Internet, the PGW 940 checks the recipient IP address of the received IP packet.
  • the recipient IP address is a virtual static IP address of the terminal 910 as the address to which the IP packet is finally delivered. If there is no real IP address corresponding to the terminal 910, the PGW 940 receives the received IP packet together with identifier information of the MME 950 managing the terminal 910 corresponding to the virtual fixed IP address.
  • step S1615 transmits a serving control request message (Serving Control Request) to the HSS (960).
  • serving Control Request serving control request message
  • identification information (MME Identifier) of the MME 950 managing the terminal 910 which is a receiver corresponding to a virtual fixed IP address, and legal for the terminal 910.
  • the list includes a white list IP address list capable of delivering IP packets, and a list of black list IP addresses for which IP packet transmission is prohibited for the terminal 910.
  • the PGW 940 receiving the service control response message from the HSS 960 generates a record for the corresponding terminal 910 in its database, as shown in FIG. 990 determines whether the terminal 910 has a right to transmit an IP packet. If there is a right, the PGW 940 transmits a downlink data notification message to the MME 950 managing the terminal 910 in step S1625.
  • the downlink data notification message allocates radio resources to the corresponding terminal 910, and performs SGW and PGW bearer routing and IP address allocation.
  • the PGW 940 includes its identifier for transmitting the message in the downlink notification message. This is to set the PGW 940 requesting resource allocation when the bearer is set up from the SGW 930 to the PGW 940 through the MME 950.
  • the PGW 940 sets the IP Address Requested field as shown in FIG. 24 to identify that the message is not a conventional downlink data notification message procedure with an IP address already assigned. It is set to, and transmitted by including the set field in the downlink notification message.
  • step S1630 the MME 950 transmits a downlink data notification acknowledgment message to the PGW 940.
  • the MME 950 transmits a paging message to the corresponding terminal via the base station 920.
  • the paging message allocates radio resources to the corresponding terminal 910 and sets up a bearer path and an IP address.
  • the MME 950 transmits by setting the IP address request field shown in FIG. 24 to 1, which means that paging requires not only radio resource allocation but also bearer path setting and IP address allocation unlike conventional paging. do.
  • the terminal 910 Upon receiving the paging message, the terminal 910 transmits the serving request message to the mobile communication system in step S1640 to start resource setting.
  • step S1645 the MME 950 performs an Authentication / Security procedure for determining suitability and adequacy checks between the HSS 930 and the terminal 910.
  • the MME 950 performs a session creation request / response procedure together with the SGW 930 and the PGW 940 for bearer resource allocation and IP address allocation.
  • the MME 950 performs an initial context setup request / response and a radio bearer setup procedure with the terminal 910 in steps S1660 to S1670 for radio resource allocation. .
  • the MME 950 performs a bearer modification request and response procedure for ensuring the quality of the bearer path via the SGW 930 and the PGW 940.
  • the terminal 910 may secure an IP address, bearer resources, and radio resources, and may receive an IP packet transmitted from the counterpart node 990 on the Internet and transmit a response thereto.
  • the terminal 910 is identified as a virtual fixed IP address, thereby enabling the MTC Device Terminated IP packet transmission whenever the partner node 990 of the Internet desires.
  • the terminal 910 is connected with the radio resource. While operating in a situation in which the management load of the bearer resource and the IP address has been removed, when a request for a substantial IP packet transmission to the terminal 910 arrives, the bearer resource as well as the radio resource through the new MTC Device Terminated paging procedure proposed by the present invention. And IP address allocation, so that the corresponding IP packet can be delivered to the MTC device.
  • the HSS 960 transmits a response message to the serving control request message transmitted from the PGW 940.
  • the counterpart node 990 that delivered the IP packet in the Internet cannot deliver the IP packet to the corresponding terminal 910 on the whitelist or the blacklist, it may occur. In this case, as shown in FIG. 17, the corresponding IP packet is discarded in step S1725.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating an operation of the MME 950 in the registration procedure of the terminal 910 according to an embodiment of the present invention.
  • the MME 950 when the MME 950 receives an attach request message from the terminal 910 in step S1805, as shown in FIG. 28, the MME 950 records the corresponding terminal 910 in its database in step S1810. Create
  • the MME 950 determines the registration type requested by the terminal 910 based on the field value shown in FIG. 23. That is, when the general attachment field is 1, the method is not the method proposed by the present invention, but is a device such as a general mobile communication terminal.
  • step S1825 the registration of the terminal 910 is processed based on the existing scheme. do.
  • the MME 950 also sets up the SGW 930 and PGW 940 bearers together with the allocation of radio resources in the LTE network in the registration procedure, and also assigns an IP address through the PGW 940. Do until.
  • the MME 950 checks the mobility support field in step S1820. If the mobility support field is 0, the MME 950 proceeds to step S1830 and considers the terminal 910 to be registered as a fixed terminal and deactivates the location tracking and management of the additional terminal. On the other hand, if the mobility support field is 1, the terminal 910 to be registered as a mobile terminal activates the location tracking and management of the terminal 910 in step S1835.
  • the MME 950 detects information on the terminal 910 to be registered in the HSS 960.
  • the step S1840 may be an additional procedure.
  • step S1845 the MME 950 determines suitability and legality of the terminal 910 together with the HSS 960, and registers location information of the corresponding terminal 910 with the HSS 960 in step S1850. If the registration is successful, the MME 950 transmits an access accept message (Attach Accept) to the terminal 910 in step S1855, and waits to receive a response in step S1860.
  • an access accept message Attach Accept
  • the MME 950 processes the access completion message received in step S1865. On the other hand, if the access completion message is not received within the set time, the MME 950 removes the record of the terminal 910 in step S1870.
  • FIG. 19 is a flowchart illustrating an operation sequence of the PGW 940 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • step S1905 the PGW 940 receives a downlink packet (IP packet) to be delivered to the terminal 910 from the other node 990 of the Internet. Then, in step S1910, the PGW 940 checks whether the address of the terminal 910 set on the downlink packet is a virtual static IP address or an actual temporary IP address for a general mobile terminal. If the address for the terminal 910 is an actual temporary IP address for the general portable terminal, the PGW 940 proceeds to step S1915 to process the IP packet transmission procedure by the conventional method.
  • IP packet IP packet
  • the PGW 940 checks again whether the virtual fixed IP address does not have a real temporary IP address in step S1920. If the PGW 940 does not have an actual temporary IP address, in step S1925, together with the information of the MME 950 managing the receiver terminal, the serving node 99 controls information for determining whether the corresponding node 99 is a legitimate device.
  • the request message is transmitted to the HSS 960 through a Serving Control Request.
  • the PGW 940 awaits reception of a serving control response message.
  • the PGW 940 may determine whether the counterpart node 990 that is the originator of the downlink packet is legal.
  • the PGW 940 proceeds to step S1945 to generate a downlink data notification message specifying that IP address allocation is required.
  • the PGW 940 transmits the generated downlink data notification message to the MME 950, and waits for a response to be received in operation S1955.
  • the PGW 940 may recognize that the radio resource for the corresponding terminal 910 has been successfully allocated.
  • step S1965 the PGW 940 proceeds to step S1970 to perform the session creation procedure with the SGW 930 to perform the session creation procedure with the IP between the bearer resource and the terminal 910 between the SGW 930 and the PGW 940. Assign an address. Subsequently, the PGW 940 performs a bearer modification procedure with the SGW 930 in step S1975.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating an operation sequence of the MME 950 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • the MME receives a downlink data notification message in step S2005.
  • the downlink data notification message includes information indicating that an IP address for the terminal 910 needs to be allocated through paging, and an identifier of the PGW 940 for establishing a bearer connection.
  • the MME 950 transmits a confirmation message for receiving the downlink data notification message to the PGW 940 in operation S2010.
  • the MME 950 determines whether an IP address allocation request is set in the downlink data notification message. This may determine whether the IP address allocation request is set by checking the IP Address Requested field included in the message.
  • the MME 950 proceeds to step S2025 to perform a paging procedure according to the conventional scheme. However, if the IP address allocation request is set, the MME 950 generates a paging message including the IP address allocation request in step S2020, and transmits the generated paging message to the terminal through the base station 920 in step S2030. 910.
  • step S2035 the MME 950 waits until a service request confirmation message is transmitted from the terminal.
  • the MME 950 determines whether paging is successful in step S2045.
  • step S2050 the MME 950 allocates a bearer resource via the SGW 930 and the PGW 940 and simultaneously creates a session creation request message for setting an actual IP address to the terminal 910. Session Request).
  • the MME 950 uses the PGW identifier included in the downlink notification message received in step S2005 to establish a connection to the PGW 940 receiving the IP packet from the external node 990.
  • the MME 950 transmits the generated session creation request message to the serving gateway 930 in step S2055, and waits for a response in step S2060. If the MME 950 receives the Create Session Response message, the allocation of the bearer resource and the IP address allocation have been successfully performed. Accordingly, when the MME 950 receives the session creation response message in step S2065, the process proceeds to step S2070 to perform a radio resource allocation procedure, and then performs a bearer modification procedure in which the quality of service is reflected in the bearer path in step S2075.
  • the packet arriving at the virtual static IP address from the Internet node may be delivered to the corresponding terminal 910 through the mobile communication wireless link.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating an operation sequence of the terminal 910 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • step S2105 the terminal 910 receives a paging message transmitted from the MME 950.
  • step S2110 the terminal 910 determines whether the terminal 910 is instructed to perform IP address allocation in the paging message. If IP address allocation is required, the terminal 910 proceeds to step S2115 and generates a service request message specifying that IP address allocation is necessary. On the other hand, if IP address allocation is not necessary, the terminal 910 proceeds to step S2120 to generate a general service request message.
  • the terminal 910 performs a paging procedure in step S2125, and transmits the generated service request message to the base station 920 in step S2130.
  • FIG. 22 is a flowchart illustrating an operation sequence of the HSS 960 in the process of transmitting an IP packet to the terminal 910 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 16.
  • the HSS 960 receives a serving control message from the PGW 940 in step S2205.
  • the HSS 960 searches the database to determine whether the virtual static IP address for the terminal 910 is a suitable address.
  • the HSS 960 If so, the HSS 960 generates a Serving Control Response message including an MME identifier, a whitelist and a blacklist IP address list, in step S2215. On the other hand, if it is not a suitable address, HSS 960 generates a Serving Control Response message containing the error information.
  • the HSS 960 transmits the serving control response message generated in the previous step to the PGW 940.
  • the present invention can solve the problem of 1) processing and memory load increase in the mobile communication network for Always-on, and 2) support difficulties of the Always-on communication service due to the lack of IP address. .
  • FIG. 30 shows a state after a terminal joins a mobile communication system and performs registration.
  • the current terminal does not have an IP address assigned in the mobile communication system, but has a virtual static IP address visible from the outside through the PGW.
  • the MTC server (or counterpart node) on the Internet may transmit the IP packet by setting the virtual static IP address as the destination address.
  • the received PGW secures an IP address and a wired / wireless resource in a mobile communication system that can be actually used through an improved paging procedure of simultaneously performing a radio resource, a bearer resource, and an IP address for a terminal. do.
  • an actual IP address for the terminal is assigned as A.
  • FIG. therefore, the PGW internally uses the IP address A allocated by the mobile communication system as shown in FIG. 32 and externally utilizes the IP address X as the Internet address of the corresponding terminal, thereby enabling IP packet transmission and reception.
  • the first possible approach is to tunnel the connection between the MTC server and the PGW.
  • MTC devices are accessed only by a few legitimate MTC servers and administrators, unlike ordinary mobile terminals. Therefore, when the MTC server and the PGW are connected by a layer 2-3 (Layer-2 / 3) tunnel, and the MTC server and the PGW use a predetermined private IP address, the virtual proposed by the present invention is proposed. Along with the static IP address method, the IP shortage problem can be solved in the MTC service area.
  • FIGS. 33 to 35 are different from FIGS. 30 to 32 in that MTC server and PGW are connected by secure tunneling. Therefore, the MTC server and the PGW may use a pre-arranged address system instead of the public Internet address, so the area of available IP addresses may increase exponentially.
  • the second possible approach is to extend the Domain Name Service (DNS) scheme based on the scheme proposed in the present invention.
  • DNS Domain Name Service
  • the number of IPs used at the same time can be reduced by using a database in which DNS has not been assigned an actual IP address, thereby solving the problem of shortage of IP addresses.
  • the difference between the flowchart shown in FIG. 36 and the flowchart shown in FIG. 16 is that the counterpart node stores and uses the virtual static IP address of the terminal in FIG. 16, but uses a domain name in FIG. 36. . In other words, the ID of the terminal is stored and the address of the ID is verified through DNS.
  • the DNS when the DNS is managed in the mobile communication system, while the IP address for the terminal is not assigned, when a request for IP address verification for a specific terminal ID is received from the DNS server, the radio resource for the terminal at that time, Allocates bearer resources, IP addresses.
  • the IP address of the newly allocated terminal is notified to the other node through a DNS response, so that the mutual communication can be performed.
  • the terminal 910 is not assigned an actual IP address, but has a representative ID (Representative ID).
  • the external node 990 needs to know the IP address or corresponding information of the terminal 910. Accordingly, the external node 990 transmits a name resolution request message to the DNS server 3610 in step S3610.
  • the DNS 3610 server transmits and receives a data transmission notification message to the MME 950 to allocate a radio resource, a bearer resource, and an IP address to the terminal 910.
  • the MME 950 may page the terminal 910 to initiate a radio resource, bearer resource, and IP address allocation procedure for the terminal 910.
  • the terminal 910 transmits a service request message (Service Request) to the MME 950 in operation S3630. Then, the MME 950 performs communication between the HSS 960 and the terminal 910 through step S3635 and performs an Authentication / Security process for checking suitability and legality.
  • Service Request Service Request
  • the MME 950 performs communication between the HSS 960 and the terminal 910 through step S3635 and performs an Authentication / Security process for checking suitability and legality.
  • the MME 950 communicates with the PGW 940 to allocate a bearer resource and an IP address for the terminal 910 (Create Session Request / Response). Then, the MME 950 or the PGW 940 uses the IP address registration procedure of step S3645a or step S3645b, respectively, to assign the IP address assigned to the terminal 910 to DNS the determined IP address of the terminal 910. The server 3610 is notified. In operation S3650, the DNS 3610 forwards the name resolution response message to the external node 910. Through the above process, the external node 990 can obtain the actual IP address using the ID of the terminal, as in step S3675.
  • step S3655 and S3660 simultaneously with the IP address allocation procedure, an initial context setup procedure and a modify bearer request / response procedure are performed.
  • the external node 990 can communicate with the terminal 910 in step S3680.
  • FIGS. 30 to 32 show an operation embodiment of the DNS-based scheme corresponding to FIGS. 30 to 32.
  • the MTC server (or counterpart node) requests the IP address of the terminal to the DNS server using the terminal's ID.
  • the MME allocates radio resources, bearer resources, and IP addresses to the terminal through paging proposed by the present invention.
  • A is assigned as a private temporary IP address
  • X is assigned as a public temporary IP address.
  • IP address A allocated by the mobile communication system is used internally and externally, IP packet X can be transmitted and received using the IP address X as the Internet address of the corresponding terminal.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 방법에 관한 것으로서, 가상 고정 IP 주소를 가지는 단말이 상기 이동통신 시스템으로의 등록을 개시하기 위한 접속 요청 메시지를 이동성 관리 엔티티에게 전송하는 단계, 상기 이동성 관리 엔티티가 상기 단말의 위치를 홈 가입자 서버에 등록하는 단계 및 상기 이동성 관리 엔티티가 접속 허용 메시지를 상기 단말에게 전송하여 상기 등록을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 베어러 경로 및 IP 주소 할당 없이 단말을 이동통신 시스템에 최초 등록하고, 상기 단말에게 전달될 패킷 발생 시 페이징 절차를 통하여 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당할 수 있다.

Description

이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 방법 및 장치
본 발명은 이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 베어러 경로 및 IP 주소 할당 없이 단말을 이동통신 시스템에 최초 등록하고, 상기 단말에게 전달될 패킷 발생 시 페이징 절차를 통하여 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하는 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 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.
한편, 최근에는 MTC(Machine Type Communication) 디바이스들에 대한 논의가 진행 중이다. 상기 MTC 디바이스란 이동성(Mobility)을 전제하는 이동통신과는 달리 이동성이 없는 단말기들에 대한 통신 방법을 지칭한다. 상기 MTC를 수행하는 단말기로는 고정된 위치에 설치되는 자판기, 가정 내에 위치하는 가전 기기 또는 보안을 위해 정해진 장소에 설치되는 감시 카메라 등을 들 수 있다.
그런데, 이러한 MTC 디바이스들이 급격하게 증가하게 되면 모든 MTC 디바이스들에 대한 IP 주소 부족 현상이 발생할 수 있으므로 이에 대한 대책이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단말들에 대한 IP 주소 부족 현상을 해결하기 위해 베어러 경로 및 IP 주소 할당 없이 단말을 이동통신 시스템에 최초 등록하고, 상기 단말에게 전달될 패킷 발생 시 페이징 절차를 통하여 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하는 상기 단말에게 서비스를 제공하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이릉 위해, 본 발명은 MTC 디바이스와 서비스 특성에 기반하여 Always-on을 경제적으로 수행하기 위한 MTC 디바이스용 신규 단말 상태를 정의하고, 이를 가능하게 하는 새로운 MTC 단말 등록 절치 및 기술을 제안하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 패킷 전용 이동통신 기술인 LTE를 가정하여 IP 주소가 없는 MTC 디바이스에 대한 MTC Device Terminated 페이징 및 IP 베어러 연결 설정 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 방법은 가상 고정 IP 주소를 가지는 단말이 상기 이동통신 시스템으로의 등록을 개시하기 위한 접속 요청 메시지를 이동성 관리 엔티티에게 전송하는 단계, 상기 이동성 관리 엔티티가 상기 단말의 위치를 홈 가입자 서버에 등록하는 단계 및 상기 이동성 관리 엔티티가 접속 허용 메시지를 상기 단말에게 전송하여 상기 등록을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 등록 후, 등록된 단말에게 IP 패킷을 전달하는 과정은 PDN(Packet Data Network) 게이트웨이가 상기 단말로 전달될 패킷을 외부 노드로부터 수신 시, 다운링크 데이터 통지 메시지를 생성하는 단계, 상기 생성된 다운링크 데이터 통지 메시지를 상기 이동성 관리 엔티티에게 전송하는 단계 및 상기 이동성 관리 엔티티가 상기 단말을 페이징하여 상기 단말에게 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 장치는 가상 고정 IP를 가지며, 상기 이동통신 시스템으로의 등록을 개시하기 위한 접속 요청 메시지를 전송하는 단말 및 상기 접속 요청 메시지 수신 시, 상기 단말의 위치를 홈 가입자 서버에 등록하고, 접속 허용 메시지를 상기 단말에게 전송하여 상기 등록을 완료하는 이동성 관리 엔티티를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단말에게 IP 패킷을 전달하기 위한 본 발명의 장치는 상기 단말로 전달될 패킷을 외부 노드로부터 수신 시, 다운링크 데이터 통지 메시지를 생성하고, 상기 생성된 다운링크 데이터 통지 메시지를 상기 이동성 관리 엔티티에게 전송하는 PDN(Packet Data Network) 게이트웨이를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 이동성 관리 엔티티는 상기 단말을 페이징하여 상기 단말에게 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하게 된다.
본 발명에 따르면, 베어러 경로 및 IP 주소 할당 없이 단말을 이동통신 시스템에 최초 등록하고, 상기 단말에게 전달될 패킷 발생 시 페이징 절차를 통하여 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하는 상기 단말에게 서비스를 제공한다. 따라서 단말 특히 MTC 단말들의 증가로 인한 IP 주소 부족 현상을 해결할 수 있다.
도 1은 종래 이동통신 시스템 특히, LTE의 구조를 도시하는 도면.
도 2는 종래 MME(150)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 3은 종래 PGW(140)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 4는 종래 HSS(160)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 5는 단말(110)에게 IP 주소를 할당하여 통신을 수행하던 종래 방안의 동작 개념을 도시하는 도면.
도 6은 종래 방엔에서 단말에게 IP 주소가 없는 경우의 동작 순서를 도시하는 도면.
도 7은 단말이 무선 자원의 할당과 IP 경로/주소를 획득하는 기존 방안의 과정을 도시하는 순서도.
도 8은 IP 주소를 구비하는 단말(110)에 대해 페이징 절차를 수행하는 과정을 도시하는 순서도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면.
도 10은 MTC 트래픽에 대한 전용의 PGW(1020), SGW(1010)가 설치된 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 전용의 PGW 및 SGW를 통해 MTC 트래픽이 전송되는 경로를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 MME(950)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 PGW(940)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 HSS(960)의 내부 구조를 도시하는 블록도.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 단말(910)의 등록 절차를 도시하는 순서도.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라, 단말(910)이 이동통신 시스템에 등록된 후, 인터넷 상의 다른 단말(외부 노드)(990)로부터 IP 패킷을 수신하는 과정을 도시하는 순서도.
도 17은 외부 노드에서 전달된 IP 패킷을 폐기하는 과정을 도시하는 순서도.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 단말(910)의 등록 절차에서 MME(950)의 동작 과정을 도시하는 순서도.
도 19는 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 PGW(940)의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 20은 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 MME(950)의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 21은 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 단말(910)의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 22는 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 HSS(960)의 동작 순서를 도시하는 순서도.
도 23은 본 발명의 접속 요청 메시지에 포함되는 신규 필드를 도시하는 도면.
도 24는 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)을 페이징하기 위한 추가 메시지 필드를 도시하는 도면.
도 25는 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)을 페이징하기 위한 서빙 제어 요청 메시지가 포함하는 필드를 도시하는 도면.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 서빙 제어 응답 메시지가 포함하는 필드를 도시하는 도면.
도 27은 본 발명의 실시예에 따라 HSS(960)에 추가되는 데이터베이스 필드를 도시하는 도면.
도 28은 본 발명의 실시예에 따라 MME(950)에 추가되는 데이터베이스 필드를 도시하는 도면.
도 29는 본 발명의 실시예에 따라 PGW(940)에 추가되는 데이터베이스 필드를 도시하는 도면.
도 30 내지 도 32는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 등록 완료 단계, 페이징 단계, 통신 가능 단계에서의 IP 주소 할당 여부를 도시하는 도면.
도 33 내지 도 35는 단말의 등록 완료 단계, 페이징 단계, 통신 가능 단계에서 MTC 서버와 PGW 사이를 터널링으로 연결한 경우의 IP 주소 할당 여부를 도시하는 도면.
도 36은 본 발명의 다른 실시예에 따라 DNS 서버를 이용하여 단말(910)의 IP 주소를 할당하는 과정을 도시하는 순서도.
도 37 내지 도 39는 도 30 내지 도 32에 상응하는 DNS 기반 방안의 동작 실시예를 도시하는 도면.
이하에서 기술되는 본 발명의 단말이란 이동성이 없는 MTC 디바이스를 의미할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 이동성을 지원하는 일반적인 이동통신 단말기를 의미할 수도 있다 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
이하에서 기술되는 본 발명은 보다 구체적인 방법으로 제안하는 내용과 동작을 설명하기 위하여 3rd Generation Partnership Project (3GPP)의 Long Term Evolution (LTE)의 네트워크 구조 및 용어를 사용하도록 한다. 하지만 제안하는 사항은 LTE 통신 네트워크에 한정되는 것은 아니며, 여타의 이동통신 기술에 대해서도 적용할 수 있을 것이다.
우선 도 1은 종래 이동통신 시스템 특히, LTE의 구조를 도시하는 도면이다.
LTE의 경우, 이동통신 네트워크를 이용하는 단말(MTC Device)(110)과 함께, 해당 단말에게 정보를 보내거나 해당 단말로부터 정보를 수집하는 서버(MTC Server)(190)가 네트워크의 양 종단에 위치한다. 서버(190)의 경우는 통상 이동통신 사업자의 망에 속할 수도 있지만, 인터넷을 통하여 이동통신 망에 연결되는 경우도 있다. 도 1에서는 후자의 모델 즉, 서버(190)아 인터넷을 통하여 이동통신 망에 연결되는 구조를 도식화한 것이다.
도 1에서 도시되는 바와 같이, LTE 는 무선통신을 실질적으로 수행하는 기지국(eNB)(120), 단말의 베어러 트래픽을 실어 나르는 서빙 게이트웨이(Serving Gateway, SGW)(130), 그리고 베어러의 접점으로서 IP 주소를 할당하고 관리하는 PDN 게이트웨이(PDN Gateway, PGW)(140)로 이루어진다. 제어 평면으로서 단말(110)의 이동성 등을 관리하는 이동성 관리 엔티티(Mobility Management Entity, MME)(150)가 있으며, 해당 단말(110)의 가입자 정보를 관리하는 데이터베이스로서의 홈 가입자 서버(Home Subscriber Server, HSS)(160)가 있다. 그리고 서비스 품질의 차별화를 요구하는 경우에 대해서 서비스 계약 사항 등을 저장 관리하는 Policy Charging Resource Function (PCRF)(170)이 있다.
이하에서는 도 1에서 도시되는 주요 엔티티들에 대한 구조를 도시하도록 한다. 이 경우, 각각의 엔티티들은 인터페이스를 갖는 상대방 장치와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 통신 송수신 장치와 함께 인터페이스 프로토콜 프로세서와 자체적으로 정보를 구축하고 관리하는 데이터베이스를 구비한다. 그리고 베어러 평면의 장치인 경우는 트래픽을 버퍼링하고 처리하는 데이터 버퍼를 구비한다.
도 2는 종래 MME(150)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
네트워크 송수신기(210, 220) 및 네트워크 변환 처리기(230)는 인터페이스를 갖는 상대방 장치와의 통신 프로토콜을 처리한다.
도 2에서 도시되는 바와 같이 MME(150)는 HSS(160), 기지국(120), SGW(130)와 통신을 하며, 이에 따라 상대방 장치와의 통신 프로토콜 처리를 위한 각각의 인터페이스 프로토콜 프로세서를 구비한다. 즉, 기지국(120)과의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 기지국 인터페이스 프로세서(240), SGW(130)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 서빙 게이트웨이 인터페이스 프로세서(250), HSS(160)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 홈 가입자 서버 인터페이스 프로세서(260)를 포함한다.
데이터베이스(270)는 MME(150)의 전반적인 동작 수행에 필요한 프로그램, 데이터를 저장한다.
도 3은 종래 PGW(140)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
네트워크 송수신기(310, 320) 및 네트워크 변환 처리기(330)는 인터페이스를 갖는 상대방 장치와의 통신 프로토콜을 처리한다.
도 3에서 도시되는 바와 같이 PGW(140)는 SGW(130), PCRF(170), 인터넷(180)과 통신을 하며, 이에 따라 상대방 장치와의 통신 프로토콜 처리를 위한 각각의 인터페이스 프로토콜 프로세서를 구비한다. 즉, 인터넷(180)과의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 IP 트래픽 인터페이스 프로세서(340), PCRF(170)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 PCRF 인터페이스 프로세서(350), SGW(130)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 서빙 게이트웨이 인터페이스 프로세서(360)를 포함한다.
데이터베이스(270)는 PGW(140)의 전반적인 동작 수행에 필요한 프로그램, 데이터를 저장한다.
또한, PGW(140)는 단말(110)의 IP 접접이며, 실제 IP 트래픽이 유입되고 나가는 디바이스이므로 이를 위한 데이터 버퍼(380)를 구비할 수 있다.
도 4는 종래 HSS(160)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
네트워크 송수신기(410, 420) 및 네트워크 변환 처리기(430)는 인터페이스를 갖는 상대방 장치와의 통신 프로토콜을 처리한다.
도 4에서 도시되는 바와 같이 HSS(160)는 MME(160)와 통신을 하며, 이에 따라 상대방 장치와의 통신 프로토콜 처리를 위한 각각의 인터페이스 프로토콜 프로세서를 구비한다. 즉, MME(160)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 이동성 관리 엔티티 인터페이스 프로세서(440)를 구비할 수 있다.
데이터베이스(450)는 HSS(160)의 전반적인 동작 수행에 필요한 프로그램, 데이터를 저장한다.
도 5는 단말(110)에게 IP 주소를 할당하여 통신을 수행하던 종래 방안의 동작 개념을 도시하는 도면이다.
도 5에서 도시되는 바와 같이, 단말과 서버가 상호간 통신하기 전, 단말은 자신의 사설 및 임시 IP 주소(A)를 구비하고, 서버는 공용 IP 주소(Y)를 구비한다. 이 경우, 단말의 사설 및 임시 IP 주소(A)는 이에 대응되는 공용 및 임시 주소(X)를 가지고 있으며, 이의 매핑 관계는 게이트웨이에 구비된다. 그리고 단말에서 서버로 메시지 또는 패킷 전송 시, 게이트웨이는 단말의 임시 IP 주소(A)를 공용 및 임시 주소(X)로 변환하여 전달한다. 또한, 게이트웨이는 서버에서 단말로 메시지 또는 패킷 전송 시, 단말의 공용 및 임시 주소(X)를 임시 IP 주소(A)로 변환하여 전달한다.
이와 같은 기존의 통신 방안은 통신을 수행하고자 하는 단말(110)에 대해 무선자원을 할당하여 해당 단말(110)이 이동통신 네트워크와 통신을 할 수 있도록 하였다. 또한, 기존 방안은 단말(110)의 이동성을 기본으로 지원하므로, 항상 해당 단말(110)에 대한 위치 추적과 주기적인 등록 업데이트를 수행하였다.
특히, 패킷 서비스만을 지원하고자 하는 단말(110)의 경우, 반드시 IP주소를 할당 받아야한다. 따라서 서버가 언제든지 원하는 시점에 단말(110)로 정보 전송(MTC Device Terminated)을 하기 위해서는 단말(110)이 항상 이동통신 네트워크에 연결되어 이동성을 제공받으면서, IP주소를 할당받고, 해당 IP유지를 위한 프로세싱 및 메모리를 점유하여야 한다.
이동통신 시스템에서의 IP 주소 할당은 대부분 임시 주소를 할당하기 때문에, 도 6에서 도시되는 바와 같이, 서버(190)가 단말(110)이 과거에 사용한 임시 IP주소로 정보를 보내거나, 또는 비록 해당 IP 주소가 항구적으로 해당 단말(110)에 할당은 되었으나, 현재 시점에서 무선 자원에 대한 할당과 IP 베어러 경로의 설정이 이루어 지지 않아 단말(110)로의 정보 전송이 불가한 경우는 IP주소의 접점인 PGW(140)에서 해당 IP메시지를 소거(S630 단계)하게 된다.
따라서 상기한 바와 같이, LTE와 같은 패킷 전용 이동통신 환경에서는 기본적으로 단말(110)이 이동통신 네트워크에 등록하여 무선 자원을 할당 받고 IP주소와 함께 IP트래픽이 PGW(140)에서 단말(110)까지 흘러가기 위한 경로의 자원 할당이 필요하며, 이를 Always-on을 위하여 계속 유지 관리하여야 한다.
이를 위하여 단말이 무선 자원의 할당과 IP 경로/주소를 획득하는 기존 방안의 과정이 도 7에 도시된다. 도 7은 단말(110)이 무선 자원의 할당과 IP 경로 및 주소를 획득하는 종래 절차를 도시하는 순서도이다.
무선자원 및 IP 주소의 할당 요청은 항상 단말(110)에서 시작하게 되며, 이는 기존의 이동통시 기술이 사람 중심의 서비스 환경으로서, 사람이 본인이 희망하는 서비스를 개시하던 철학에서 나온 것이다. 이에 따라 단말(110)은 S710 단계에서, 접속 요청 메시지(Attach Request)를 기지국(120)을 통해 MME(150)로 전송한다.
그러면 단말(110)의 접속 요청 메시지(Attach Request)를 수신한 MME(150)는 S715 단계 및 S720 단계를 통해 HSS(160)와 단말(110)과의 통신을 수행하여 적합성 및 적법성을 검사하는 Authentication/Security 과정을 수행한다. 그리고 MME(150)는 S720 단계 및 S725 단계에서, 단말(110)의 위치를 HSS(160)에 등록하는 업데이트 위치 요청 및 확인 절차(Update Location Request/Acknowledge)를 수행한다.
그리고 MME(150)는 등록을 마친 단말(110)에 대해, S730 단계 및 S735 단계에서 세션 생성 요청 및 응답 메시지(Create Session Request/Response)를 통하여 SGW(130) 및 PGW(140)의 베어러 경로 설정 및 IP 주소 할당을 수행한다. 그리고 MME(150)는 S740 단계 내지 S765 단계를 통해, 기지국(120) 및 단말(110)과 통신하여 무선 자원을 할당하는 초기 컨텍스트 설정(Initial Context Setup) 및 무선 자원 연결(Radio Resource Connection) 설정 절차를 수행한다.
무선 자원의 성공적인 할당이 이루어지면, MME(150), SGW(130), PGW(140)는 S770 단계 및 S775 단계를 통해 무선 자원과 베어러 경로의 품질 등의 차이점을 조정하는 베어러 수정 요청 및 응답(Modify Bearer Request/Response) 절차를 수행한다. 이후, 기본적으로 이동통신 네트워크는 S780 단계 내지 S785 단계에서, 단말(110)의 이동성을 추적 파악하는 작업을 한다.
한편, 종래 이동통신 시스템에서는 단말(110)과 네트워크 간에 송수신하는 정보가 없어지면, 무선 자원을 해지하면서 IP 주소만 유지하는 절차를 수행한다. 이는 무선 자원을 다른 사용자가 쓰도록 유도하기 위함이다. 하지만, 단말(110)에 대한 IP 메시지 착신이 가능하게 하기 위해서는 반드시 IP 주소는 유지하여야 한다. IP 주소만 유지하고 무선 자원을 모두 소거한 상태에서 IP 트래픽의 단말(110)로의 전송 요청이 발생하면, 도 8의 절차에 따라서 무선 자원을 복구한다.
도 8은 IP 주소를 구비하는 단말(110)에 대해 페이징 절차를 수행하는 과정을 도시하는 순서도이다.
우선, S810 단계와 같이, 단말(110)은 무선 자원 해제 이후에도, 도 7 과정과 같은 등록 절차에서 할당받은 IP 주소를 계속하여 유지하고 있음을 가정한다.
그리고 S815 단계에서, 임의의 노드(또는 서버)(190)로부터 단말(110)에게 전달할 데이터(또는 패킷, 트래픽 등)가 발생하였음을 가정한다. 상기 데이터는 단말(110)과 노드(190)의 IP 접점인 PGW(140)에 전달되고, PGW(140)는 S820 단계에서, 상기 데이터를 수신하면 다운링크 데이터 통지 메시지(Downlink Data Notification)를 MME(150)에게 전달하여 해당 단말(110)을 페이징 하도록 한다. 그러면 MME(150)는 S825 단계에서, 다운링크 데이터 통지 확인 메시지(Downlink Data Notification ACK)를 PGW(140)에게 전달함과 동시에, 기지국(120)을 거쳐 해당 단말(110)을 페이징한다.
그러면 S835 단계에서 단말(110)의 서비스 요청(Service Request)에 의해 무선 자원 복구 작업이 수행된다. 상기 무선 자원 복수 작업은 S840 단계이며, 이는 상기한 도 7에서의 단말(110)의 등록 절차와 유사하며, 단지 단말(110)의 IP 주소 획득과 PGW 할당을 위한 세션 생성 절차를 수행하지 않는다는 점에서만 차이가 있을 뿐이다.
종래 기술의 문제점으로서, 첫째로 기존 방안은 기본적으로 이동통신 망에서 모든 단말(110)에 대해서 Always-on을 지원하기 위한 프로세싱 및 메모리 부하가 너무 크다는 것이다. 단말(110)에 대한 항구적인 IP주소 할당 및 관리는 SGW(130)와 PGW(140)의 프로세싱과 메모리 부하를 야기하며, 고정적인 특성의 단말(110) 특히, MTC Device들에 대한 위치추적 및 관리 기술은 필요 없이 MME(150), eNB(120), HSS(160)의 프로세싱과 메모리 부하를 야기한다.
특히, 이동통신을 통한 MTC 서비스는 점차 확대 되겠지만 스마트 미터와 같이 고정적이며 한 달에 한번 정도의 소량의 정보만 송수신하는 경우에 대해서 상기 부하를 감안한다면 비즈니스 차원에서도 경제성 있는 MTC 사업은 불가능하다.
따라서, MTC의 특성에 맞추어 이동성에 대한 부하도 선택적으로 지원할 수 있으며, 아울러 IP주소 관리 및 베어러 관리에 따른 부하를 줄이거나 제거하여 이동통신 사업자 입장에서도 MTC Device의 대규모 수용이 경제적인 면에서도 부합하는 개선 방안이 필요하다.
둘째로 기존 방안은 단말(110)이 사용하는 IP주소와 1:1로 매핑되는 인터넷 주소를 가정하며 해당 주소를 인터넷 상의 단말(110)에게 표출한다. 그렇지만 현재 인터넷에서는 기하급수적으로 늘어나는 단말(110) 특히, MTC Device들에게 Always-on을 지원할 수 있을 만큼의 IPv4 주소는 없다. 인터넷에서 IPv6를 도입한다는 것은 기존 설비를 대체해야 하므로, 단기 중기적으로 어려운 시나리오이기에 결국 MTC Device를 Always-on으로 하기 위해서는 대책이 필요하다. 특히 MTC 모델은 사람중심 이동통신에서의 단말 Originated외에 단말 Terminated 트래픽도 중요한 바 Always-on의 지원은 매우 중요하다.
결국 MTC 서비스의 이동통신에서의 효과적인 지원을 위해서는 새로운 방법의 IP 주소 관리 정책이 필요하며, 아울러 MTC 디바이스의 특성을 반영한 차별적이 모바일 단말 상태 및 동작 정의가 필요하다. 특히 스마트 그리드 등의 모델은 현재의 이동통신 과금 정책으로는 너무 고가여서 실현이 제한적이기에, 기술적인 발전을 통하여 이동통신 사업자와 MTC 사업자간의 상호 경쟁력 있는 기술 모델이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 해결을 위해 베어러 경로 및 IP 주소 할당 없이 단말을 이동통신 시스템에 최초 등록하고, 이후 상기 단말에게 전달될 패킷 발생 시 페이징 절차를 통하여 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하는 상기 단말에게 서비스를 제공하는 방법 및 장치를 제공하는 바, 이하에서 구체적으로 기술하도록 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 9에서 도시되는 본 발명의 이동통신 시스템은 종래 이동통신 시스템의 각 노드에 신규 기능이 추가된 형태로 동작하는 실시예를 도시한다. 따라서 종래 LTE 통신 장치들이 본 발명에서 제안하는 기능들을 지원하기 위하여 업그레이드된다. 도 9에서 도시되는 이동통신 시스템에서는 PGW(940)가 MME(950) 및 HSS(960)와의 인터페이스를 구비하는 것을 알 수 있다. 도 9의 이동통신 시스템은 종래 인간 중심 트래픽과 앞으로의 MTC 트래픽을 하나의 네트워크에서 지원하는 구조이며, 진화 기법 상 도 10에서 도시되는 바와 같이 MTC 트래픽에 대한 전용의 PGW(1020), SGW(1010)를 설치하는 것도 가능하다.
이를 통하여 MTC 트래픽의 부하가 기존 인간 중심 트래픽에 영향을 주지 않으며, 아울러 본 발명을 지원하는 장치들도 기존의 장치들과 독립적으로 설치될 수 있다. 이 경우 MTC 트래픽은 도 11에서 도시되는 바와 같이 전용의 PGW 및 SGW를 통하여 전달된다.
한편, 이하에서 기술되는 본 발명에서는 도 9에서 도시되는 이동통신 시스템 구조에 따라 단말의 등록 및 페이징 절차를 기술하도록 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 10에서 도시되는 구조에도 동일한 원리 및 절차가 적용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 각 노드들의 내부 구조에 대해 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 MME(950)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 12에서 도시되는 본 발명의 MME(950)의 내부 구조는 도 2에서 도시되는 종래 MME(150)의 내부 구조와 유사하다. 다만, 본 발명의 MME(950)는 PGW(940)와 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 구비해야 하므로, PGW(940)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 PGW 인터페이스 프로세서(1260)를 더 구비할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 PGW(940)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 13에서 도시되는 본 발명의 PGW(940)의 내부 구조는 도 3에서 도시되는 종래 PGW(140)의 내부 구조와 유사하다. 다만, 본 발명의 PGW(940)는 MME(950) 및 HSS(960)와 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 구비해야 하므로, MME(950)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 MME 인터페이스 프로세서(1360), HSS(960)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 HSS 인터페이스 프로세서(1350)를 더 구비할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 HSS(960)의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 14에서 도시되는 본 발명의 HSS(960)의 내부 구조는 도 4에서 도시되는 종래 HSS((160)의 내부 구조와 유사하다. 다만, 본 발명의 HSS(960)는 PGW(940)와 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 구비해야 하므로, PGW(940)와의 통신 프로토콜을 처리하기 위한 PGW 인터페이스 프로세서(1450)를 더 구비할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 단말(910)의 등록 절차를 도시하는 순서도이다.
도 15에서 도시되는 단말(910)의 등록 절차는 도 7에서 도시되는 종래의 단말(110)의 등록 절차보다 단순화된다. 이는, 본 발명의 실시예의 단말(910) 등록 절차에서는 종래 절차와는 상이하게 베어러 경로 설정 및 IP 주소 할당을 디폴트로 처리하지 않기 때문이다. 따라서 이동통신 네트워크에 자신의 전원이 인가되어 살아있음을 알리고, 현재의 위치를 알리는 수준의 작업만 수행한다.
단말(910)은 등록을 하고자 하는 시점 즉, S1510 단계에서 접속 요청 메시지(Attach Request)를 기지국 및 MME(950)로 전달한다. 이 때, 단말(910)이 전송하는 접속 요청 메시지는 도 23에서 도시되는 신규 필드를 포함할 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 접속 요청 메시지에 포함되는 신규 필드를 도시하는 도면이다.
도 23에서 도시되는 바와 같이, 추가되는 신규 필드는 일반 접속 필드(General Attach)와 이동성 지원 필드(Mobility Support)를 포함한다. 일반 접속 필드는 해당 단말(910)을 종래 단말의 등록 절차(도 7의 등록 절차)와 동일하게 처리할 것인지 여부를 지시하는 필드이다. 상기 필드가 "1"로 설정되면 해당 단말을 종래 등록 절차로 처리하고, 상기 필드가 "0"으로 설정되면 해당 단말을 본 발명의 실시예에 따른 등록 절차로 처리한다.
한편, 이동성 지원 필드는 단말(910)에 대한 위치 추적 및 관리를 수행할 것인지 여부를 지시하는 필드이다. 상기 필드가 "1" 설정되면 단말에 대한 위치 추적 및 관리를 수행하겠다는 것이며, 상기 필드가 "0"으로 설정되면 고정형 단말로서 단말(910)에 대한 위치 추적과 관리는 필요가 없다는 의미이다.
다시 도 15의 설명으로 복귀하면, 접속 요청 메시지를 수신한 MME(950)는 해당 메시지의 일반 접속 필드가 "0"으로 설정된 경우, S1520 단계에서 단말(910) 및 HSS(960)와의 통신을 통하여 상기 단말(910)의 이동통신 시스템 사용에 따른 적합성 및 적법성 여부를 판단한다. 그리고 MME(950)는 S1530 단계 및 S1540 단계에서, HSS(960)에 해당 단말(910)의 위치를 등록하면서 위치 등록에 대한 추적 및 관리를 지원하는지 여부를 알리는 값을 HSS(960)에 저장한다.
그리고 MME(950)는 S1550 단계 및 S1555 단계에서, 접속 허용 메시지(Attach Accept)를 기지국(920)을 통해 단말(910)로 전송하고, S1560 단계 및S1565 단계에서 단말(910)로부터 확인 메시지(Attach Complete)를 수신하여 등록 절차를 완료한다. 이후, 이동성 지원 여부에 따라, 단말(910)에 대한 위치 추적 작업이 S1570 단계에서 부가적으로 수행된다.
상기 도 15에서 기술된 단말(910)의 등록 절차에서, 단말(910)은 이동통신 시스템에 등록은 되었으나, 베어러 경로 설정 및 IP 주소 할당은 이루어지지 않았음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 단말이 이동통신 시스템에 등록은 되었으나, 베어러와 IP 관련 자원은 할당받지 않았으며, 위치 추적 및 관리는 부가적으로 수행될 수 있는 단말(910) 특히, MTC 디바이스의 상태와 이를 위한 메시지 및 동작 절차를 정의한다.
도 15에서 기술되는 단말(910)의 등록 절차가 완료되면, MME(950)에는 도 28에서 도시되는 데이터베이스 레코드가 해당 단말(910)을 위하여 생성된다. 도 28은 본 발명의 실시예에 따른 단말(910)의 등록 절차 수행 시, 해당 단말에 대해 MME(950)에 생성되는 데이터베이스 레코드를 도시하는 도면이다.
도 28에서 단말 식별자(UE Identifier)는 해당 단말에 대한 식별자이다. 접속 모드(Attach Mode)는 해당 단말이 요청한 등록 모드를 의미한다. HSS 식별자(HSS Identifier)는 해당 단말에 대한 가입 레코드를 관리하는 HSS의 식별자로서 부가적인 정보이다. SGW 및 PGW 식별자는 해당 단말이 베어러 자원을 확보하고, IP 주소를 할당받았을 때, 해당 단말을 지원하는 SGW 및 PGW의 식별자이다. 이 경우, 도 15의 등록 절차만 거치게 되면, 도 28의 단말 3(UE_3)의 경우처럼, SGW 및 PGW 필드는 공란 처리된다. 이는 도 15의 등록 절차에서는 베어러 경로를 설정하지 않았기 때문이다.
한편, 도 15에서, 위치 업데이트 메시지가 HSS(960)에 전달되면, 상기 HSS(960)는 도 27에서 도시되는 바와 같이 해당 단말에 대한 데이터베이스 레코드를 생성하고 관리한다. 도 27은 위치 업데이트 메시지 전달 시, HSS(960)에 생성되는 해당 단말에 대한 데이터베이스 레코드를 도시하는 도면이다.
도 27의 단말 식별자(UE Identifier)는 해당 단말에 대한 식별자이다. 접속 모드(Attach Mode)는 해당 단말이 요청한 등록 모드를 의미한다. SGW 및 PGW 식별자는 해당 단말이 베어러 자원을 확보하고, IP 주소를 할당받게 되었을 때, 해당 단말을 지원하는 SGW 및 PGW 식별자이다. 이 경우, 도 15의 등록 절차만 수행하면 도 27의 단말 3(UE_3)의 경우처럼 SGW 및 PGW 는 공란 처리된다. 이는 도 15의 등록 절차에서는 베어러 경로를 설정하지 않았기 때문이다.
가상 고정 IP 주소(Virtual Fixed IP Address)는 인터넷 상의 MTC 서버에서 해당 단말을 인식하는 항구적인 고정 IP 주소이다. 상기 가상 고정 IP 주소는 단말의 가입 시점에 할당하는 것으로 가정하며, 서버도 가입 과정을 통하여 해당 단말과의 Always-on 통신이 가능한 해당 IP 주소를 알고 있다. 단말이 가상 고정 IP 주소를 통하여 외부에서는 보이지만, 내부적으로 IP 주소를 PGW를 통하여 할당받지 못한 경우, 할당된 실제 IP 주소(Allocated Real IP Address)는 도 27의 단말 2(UE_2) 및 단말 3(UE_3)의 경우처럼 공란 처리된다. 반면, PGW를 통한 베어러 설정 및 이동통신 내에서의 IP 주소를 획득하면, 상기 할당된 실제 IP 주소는 단말 1(UE_1)과 같이 실제 이동통신 시스템에서 할당받은 주소로 업데이트된다.
블랙 리스트(Blacklist)와 화이트 리트스(Whitelist) IP 주소는 해당 단말에 대한 접근이 불가능하도록 설정되었거나 또는 유일하게 해당 단말에 접근이 가능한 IP를 의미한다. 이는 서버와 단말이 1:N 인 점을 감안하여 보다 안정적이고 보안이 제공되는 서비스를 지원하기 위함이다. 해당 필드는 단말의 가입 시점에서 단말을 소유한 사업자의 요청이나 이동통신 사업자의 보안상 이유로 설정하도록 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 단말이 이동통신 시스템에서 무선 자원 및 베어러 경로를 할당받고, IP 주소를 할당받지 않아도 인터넷 상의 상대방 장치가 해당 단말을 식별할 수 있는 가상 고정 IP 주소를 정의하며, 인터넷 상의 상대방 장치는 상기 가상 고정 IP 주소를 통해 해당 단말과의 통신을 수행한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라, 단말(910)이 이동통신 시스템에 등록된 후, 인터넷 상의 다른 단말(외부 노드)(990)로부터 IP 패킷을 수신하는 과정을 도시하는 순서도이다.
우선, 도 16에서는 S1605 단계에서 도시되는 바와 같이 단말(910)이 이동통신 시스템에 등록 시, 자신의 위치만을 등록하였을 뿐, 베어러 및 IP 주소를 할당받지 않았음을 가정한다. 그러나 인터넷에 연결된 외부 노드(990)는 가상 고정 IP 주소를 통해 상기 단말을 식별할 수 있다.
우선, S1610 단계에서, 인터넷의 상대방 노드(990)로부터 IP 패킷이 수신되면, PGW(940)는 수신한 IP 패킷의 수신자 IP 주소를 확인한다. 상기 수신자 IP 주소는 상기 IP 패킷이 최종적으로 전달될 주소로서 단말(910)의 가상 고정 IP 주소이다. PGW(940)는 상기 단말(910)에 대응하는 실제 IP 주소가 부재하는 경우, 해당 가상 고정 IP 주소에 대응하는 단말(910)을 관리하는 MME(950)의 식별자 정보와 함께, 수신한 IP 패킷을 해당 단말(910)로 전달해야 할지 여부의 적합성 여부를 판단하기 위해, S1615 단계에서 HSS(960)에 서빙 제어 요청 메시지(Serving Control Request)를 전송한다.
상기 서빙 제어 요청 메시지에는 도 25에서 도시되는 바와 같이, 가상 고정 IP 주소에 대응하는 수신자인 단말(910)을 관리하는 MME(950)의 식별 정보(MME Identifier), 상기 단말(910)에 대하여 합법적으로 IP 패킷을 전달할 수 있는 화이트리스트 IP 주소 리스트, 상기 단말(910)에 대하여 IP 패킷 전송이 금지된 블랙리스트 IP 주소 리스트를 포함한다.
HSS(960)로부터 서비스 제어 응답 메시지(Service Control Response)를 수신한 PGW(940)는 도 29에서 도시되는 바와 같이, 자신의 데이터베이스에 해당 단말(910)을 위한 레코드를 생성한 후, 상대방 노드(990)가 상기 단말(910)에게 IP 패킷을 송신할 권한이 있는지 여부를 판단한다. 권한이 있는 경우, PGW(940)는 S1625 단계에서 상기 단말(910)을 관리하는 MME(950)에게 다운링크 데이터 통지 메시지를 전달한다. 상기 다운링크 데이터 통지 메시지는 해당 단말(910)에게 무선 자원을 할당함과 동시에, SGW 및 PGW 베어러 경로 설정 및 IP 주소 할당이 이루어지도록 한다. 이 경우, PGW(940)는 상기 다운링크 통지 메시지에 해당 메시지를 전송하는 자신의 식별자를 포함시킨다. 이는, 이후 MME(950)를 통하여 SGW(930)에서 PGW(940)로 베어러 설정 시, 자원 할당을 요청한 PGW(940)로 설정하기 위함이다.
이와 동시에, PGW(940)는 해당 메시지는 IP 주소가 이미 할당된 종래의 다운링크 데이터 통지 메시지 절차가 아님을 식별하기 위해, 도 24에서 도시되는 바와 같은 IP 어드레스 요청(IP Address Requested) 필드를 1로 설정하고, 상기 설정된 필드를 다운링크 통지 메시지에 포함시켜 전송한다.
그러면 MME(950)는 S1630 단계에서, 다운링크 데이터 통지 확인 메시지(Downlink Data Notification Ack)를 PGW(940)에 전송한다. 그리고 MME(950)는 S1635 단계에서, 기지국(920)을 거쳐 해당 단말로 페이징 메시지를 전달한다. 상기 페이징 메시지는 종래의 페이징 절차와는 상이하게, 해당 단말(910)에게 무선 자원을 할당함과 동시에, 베어러 경로 및 IP 주소를 설정하도록 한다. 이와 동시에, MME(950)는 해당 페이징이 종래의 페이징과 달리 무선 자원의 할당뿐만 아니라, 베어러 경로 설정 및 IP 주소 할당이 필요하다는 의미로 도 24에서 도시되는 IP 어드레스 요청 필드를 1로 설정하여 전달한다.
상기 페이징 메시지를 수신한 단말(910)은 S1640 단계에서 서빙 요청 메시지를 이동통신 시스템으로 전달하여 자원 설정을 시작한다.
이후, MME(950)는 S1645 단계에서, HSS(930)와 단말(910)간의 적합성 및 적정성 검사를 판단하는 Authentication/Security 절차를 수행한다. 그리고 MME(950)는 S1650 단계 및 S1655 단계에서, 베어러 자원 할당과 IP 주소 할당을 위한 세션 생성 요청 및 응답(Create Session Request/Response) 절차를 SGW(930) 및 PGW(940)와 함께 수행한다.
그리고 MME(950)는 무선 자원 할당을 위하여, S1660 단계 내지 S1670 단계에서 단말(910)과 초기 컨텍스트 설정 요청/응답(Initial Context Setup Request/Response) 및 무선 베어러 설정(Radio Bearer Setup) 절차를 수행한다.
마지막으로 MME(950)는 S1675 단계 및 S1680 단계에서, SGW(930) 및 PGW(940)를 경유하는 베어러 경로의 품질 보장을 위한 베어러 수정 요청 및 응답 절차(Modify Bearer Request/Response)를 수행한다. 이를 통하여, 단말(910)은 IP 주소와 베어러 자원, 그리고 무선 자원을 확보할 수 있으며, 인터넷상의 상대방 노드(990)에서 전달된 IP 패킷을 수신하고 이에 대한 응답을 송신할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 단말(910)이 가상 고정 IP 주소" 식별되어, 인터넷의 상대방 노드(990)에서 원하면 언제든지 MTC Device Terminated IP 패킷 전송을 가능하게 한다. 이 경우, 단말(910)은 무선 자원과 베어러 자원 및 IP 주소의 관리 부하를 없앤 상황에서 동작하다가, 해당 단말(910)에 대한 실질적인 IP 패킷 전송 요청이 도착하면, 본 발명에서 제안하는 새로운 MTC Device Terminated 페이징 절차를 통하여 무선자원 뿐 아니라 베어러 자원 및 IP 주소 할당까지 수행하여, 해당 IP 패킷을 MTC Device에 전달할 수 있도록 한다.
상기 도 16에서는 PGW(940)가 전송한 서빙 제어 요청 메시지에 대해, HSS(960)는 응답 메시지를 전송하였다. 그러나 만약 인터넷에서 IP 패킷을 전달한 상대방 노드(990)가 화이트리스트 또는 블랙리스트 상에서 해당 단말(910)로 IP 패킷을 전달할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같은 경우에는 도 17에서 도시되는 바와 같이, S1725 단계에서 해당 IP 패킷을 폐기한다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 단말(910)의 등록 절차에서 MME(950)의 동작 과정을 도시하는 순서도이다.
우선, MME(950)는 S1805 단계에서, 단말(910)로부터 접속 요청 메시지(Attach Request)를 수신하면, S1810 단계에서 자신의 데이터베이스에 해당 단말(910)에 대한 레코드를 도 28에 도시된 바와 같이 생성한다.
그리고 MME(950)는 S1815 단계에서, 단말(910)이 요청한 등록 타입을 도 23에 도시된 필드 값을 기준으로 판단한다. 즉, 일반 접속 필드(General Attach)가 1인 경우는, 본 발명에서 제안한 방식이 아니고, 일반적인 이동통신 단말기와 같은 장치인 경우로서, S1825 단계에서 기존 방안에 기반하여 단말(910)의 등록을 처리한다. S1825 단계의 등록 절차에 따르는 경우, MME(950)는 등록 절차에서 LTE 망에서 무선자원의 할당과 함께 SGW(930) 및 PGW(940) 베어러 설정도 하고, 아울러 PGW(940)를 통한 IP주소 할당까지 수행한다.
본 발명에서 제안하는 방식의 등록 절차를 수행하는 경우는 일반 접속 필드(General Attach)가 0인 경우이다. 이 경우, MME(950)는 S1820 단계에서, 이동성 지원 필드(Mobility Support)를 확인한다. 만약, 이동성 지원 필드가 0이라면, MME(950)는 S1830 단계로 진행하여 등록하고자 하는 단말(910)을 고정형 단말로 간주하고, 추가적인 단말의 위치 추적 및 관리를 비활성화 한다. 반면, 이동성 지원 필드가 1인 경우는 등록하고자 하는 단말(910)이 이동형 단말로서, S1835 단계에서 단말(910)의 위치 추적 및 관리를 활성화한다.
그리고 MME(950)는 S1840 단계에서, 등록하고자 하는 단말(910)에 대한 정보를 HSS(960)에서 검출한다. 상기 S1840 단계는 부가적인 절차일 수 있다.
이후 MME(950)는 S1845 단계에서, 단말(910)의 적합성 및 적법성 판단을 HSS(960)와 함께 수행하고, S1850 단계에서 해당 단말(910)의 위치 정보를 HSS(960)에 등록한다. 상기 등록이 성공적인 경우, MME(950)는 S1855 단계에서, 접속 승인 메시지(Attach Accept)를 단말(910)에게 전송하고, S1860 단계에서 이에 대한 응답 수신을 대기한다.
접속 완료 메시지를 단말(910)로부터 수신한 경우, MME(950)는 S1865 단계에서 수신한 접속 완료 메시지를 처리한다. 반면, 설정된 시간 이내에 접속 완료 메시지를 수신하지 못한 경우, MME(950)는 S1870 단계에서 해당 단말(910)의 레코드를 제거한다.
도 19는 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 PGW(940)의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, PGW(940)는 S1905 단계에서, 단말(910)에게 전달될 다운링크 패킷(IP 패킷)을 인터넷의 상대방 노드(990)로부터 수신한다. 그러면 PGW(940)는 S1910 단계에서, 상기 다운링크 패킷 상에서 설정된 단말(910)의 주소가 가상 고정 IP 주소인지 아니면, 일반적인 휴대 단말기에 대한 실제 임시 IP 주소인지 여부를 확인한다. 만약, 단말(910)에 대한 주소가 일반적인 휴대 단말기에 대한 실제 임시 IP 주소라면, PGW(940)는 S1915 단계로 진행하여 IP 패킷 전송 절차를 기존 방식에 의하여 처리한다.
반면, 단말(910)에 대한 주소가 가상 고정 IP 주소라면, PGW(940)는 S1920 단계에서 가상 고정 IP 주소가 실제 임시 IP 주소를 가지지 않는지 여부를 재차 확인한다. 그리고 PGW(940)는 실제 임시 IP 주소를 가지지 않는 경우, S1925 단계에서 해당 수신자 단말을 관리하는 MME(950)의 정보와 함께 해당 상대방 노드(99)가 적법한 장치인가를 판단하기 위한 정보를 서빙 제어 요청 메시지(Serving Control Request)를 통해 HSS(960)에 전송한다. 그리고 PGW(940)는 S1930 단계에서 서빙 제어 응답 메시지(Serving Control Response)의 수신을 대기한다. S1935 단계에서, 상기 서빙 제어 응답 메시지를 HSS(960)로부터 수신하면, PGW(940)는 다운링크 패킷의 발신자인 상대방 노드(990)가 적법한지 여부를 결정할 수 있다.
적법한 경우, PGW(940)는 S1945 단계로 진행하여, IP 주소 할당이 필요함을 명시하는 다운링크 데이터 통지 메시지(Downlink Data Notification)를 생성한다. 그리고 PGW(940)는 S1950 단계에서, 상기 생성된 다운링크 데이터 통지 메시지를 MME(950)로 전송하고, S1955 단계에서 이에 대한 응답 수신을 대기한다.
PGW(940)는 S1960 단계에서, MME(950)로부터 다운링크 데이터 통지 확인 메시지(Downlink Data Notification Ack)를 수신하면, 해당 단말(910)에 대한 무선 자원이 성공적으로 할당되었음을 인식할 수 있다.
그리고 PGW(940)는 S1965 단계에서, 페이징이 성공적인 경우 S1970 단계로 진행하여 SGW(930)와 세션 생성 절차를 수행하여 SGW(930) 및 PGW(940) 사이의 베어러 자원 및 단말(910)의 IP 주소를 할당한다. 이어서, PGW(940)는 S1975 단계에서 SGW(930)와 베어러 수정 절차를 수행한다.
도 20은 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 MME(950)의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, MME는 S2005 단계에서 다운링크 데이터 통지 메시지(Downlink Data Notification)를 수신한다. 상기 다운링크 데이터 통지 메시지는 페이징을 통해 해당 단말(910)에 대한 IP 주소를 할당할 필요가 있음을 지시하는 정보, 및 베어러 연결을 설정하기 위한 PGW(940)의 식별자를 포함한다. MME(950)는 S2010 단계에서, 상기 다운링크 데이터 통지 메시지 수신에 대한 확인 메시지를 PGW(940)로 전달한다. 그리고 MME(950)는 상기 다운링크 데이터 통지 메시지에 IP 주소 할당 요청이 설정되었는지 여부를 판단한다. 이는 상기 메시지에 포함된 IP Address Requested 필드를 확인하여 IP 주소 할당 요청이 설정되었는지 여부를 판단할 수 있다.
만약, 설정되지 않은 경우라면, MME(950)는 S2025 단계로 진행하여, 종래 방안에 따라 페이징 절차를 수행한다. 그러나 IP 주소 할당 요청이 설정된 경우라면, MME(950)는 S2020 단계에서, IP 주소 할당 요청을 포함하는 페이징 메시지를 생성하고, S2030 단계에서 상기 생성된 페이징 메시지를 기지국(920)을 통해 해당 단말(910)로 전송한다.
MME(950)는 S2035 단계에서, 단말로부터 서비스 요청 확인 메시지(Service Request Ack)가 전송될 때까지 대기한다. MME(950)는 S2040 단계에서, 상기 서비스 요청 확인 메시지가 수신되면, S2045 단계에서 페이징의 성공 여부를 판단한다.
페이징이 성공적인 경우, MME(950)는 S2050 단계에서, SGW(930) 및 PGW(940)을 거쳐 베어러 자원을 할당함과 동시에 단말(910)에게 실제 IP 주소를 설정하기 위한 세션 생성 요청 메시지(Create Session Request)를 생성한다. 이 경우, MME(950)는 외부 노드(990)로부터 IP 패킷을 수신한 PGW(940)로 연결을 설정하기 위하여 S2005 단계에서 수신한 다운링크 통지 메시지에 포함된 PGW 식별자를 이용하도록 한다.
그리고 MME(950)는 S2055 단계에서, 생성된 세션 생성 요청 메시지를 서빙 게이트웨이(930)로 전송하고, S2060 단계에서 응답을 대기한다. 만약, MME(950)가 세션 생성 응답 메시지(Create Session Response)를 수신하면, 베어러 자원의 할당 및 IP 주소 할당이 성공적으로 수행된 것이다. 이에 따라, MME(950)가 S2065 단계에서 세션 생성 응답 메시지를 수신하면, S2070 단계로 진행하여 무선 자원 할당 절차를 행하고, 이어서 S2075 단계에서 서비스 품질을 베어러 경로에 반영하는 베어러 수정 절차를 수행한다.
이후, 인터넷 노드에서 가상 고정 IP 주소로 도착하는 패킷은 이동통신 무선 링크를 통하여 해당 단말(910)로 전달될 수 있다.
도 21은 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 단말(910)의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, 단말(910)은 S2105 단계에서, MME(950)로부터 전송되는 페이징 메시지를 수신한다. 그러면 단말(910)은 S2110 단계에서, 상기 페이징 메시지에서 단말(910)의 IP 주소 할당 수행을 지시하고 있는지 여부를 판단한다. IP 주소 할당이 필요하다면, 단말(910)은 S2115 단계로 진행하여 IP 주소 할당이 필요함을 명기한 서비스 요청 메시지를 생성한다. 반면, IP 주소 할당이 필요하지 않은 경우라면, 단말(910)은 S2120 단계로 진행하여 일반적인 서비스 요청 메시지를 생성한다.
그리고 단말(910)은 S2125 단계에서 페이징 절차를 수행하고, S2130 단계에서, 생성된 서비스 요청 메시지를 기지국(920)으로 전송한다.
도 22는 도 16에서 도시된 본 발명의 실시예에 따라 단말(910)로의 IP 패킷 송신 과정에서 HSS(960)의 동작 순서를 도시하는 순서도이다.
우선, HSS(960)는 S2205 단계에서, PGW(940)로부터 서빙 제어 메시지를 수신한다. 그러면 HSS(960)는 S2210 단계에서, 해당 단말(910)에 대한 가상 고정 IP 주소가 적합한 주소인지 여부를 데이터베이스에서 검색한다.
적합한 주소라면, HSS(960)는 S2215 단계에서 MME 식별자와, 화이트리스트 및 블랙리스트 IP 주소 리스트를 포함하는 서빙 제어 응답 메시지(Serving Control Response)를 생성한다. 반면, 적합한 주소가 아니라면, HSS(960)는 에러 정보를 포함하는 서빙 제어 응답 메시지를 생성한다.
그리고 HSS(960)는 S2225 단계에서, 이전 단계에서 생성된 서빙 제어 응답 메시지를 PGW(940)로 전송한다.
본 발명은 앞서 기존 방안의 문제점으로 지적한 1) Always-on을 위한 이동통신 네트워크에서의 프로세싱 및 메모리 부하 증가 문제, 2) IP 주소의 부족함으로 인한 Always-on 통신 서비스의 지원 애로 문제를 해결할 수 있다 .
우선, 1)의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 a) 단말 특히, MTC 디바이스의 특성을 반영한 새로운 단말의 상태(무선, 베어러, IP주소 자원이 없는 단말 상태, 부가적으로 고정형 단말은 이동성을 지원하지 않을 수 있어서 더 단순화된 상태)를 정의하였다. 그리고 이와 같은 상태를 지원하기 위한 b) 새로운 단말 등록 절차와 동작을 정의하였다. 아울러 새롭게 정의한 c) 패킷 착신 절차를 통하여, IP 주소가 없는 패킷 단말에 대해서도 착신이 가능하도록 하였다.
도 30 내지 도 32를 통하여 본 발명에 따른 단말의 등록 완료 단계, 페이징 단계, 통신 가능 단계에서 단말의 실제 IP 주소 구비 여부를 살펴보도록 한다.
우선, 도 30은 단말이 이동통신 시스템에 가입하고, 등록을 수행한 후의 상태이다. 도 30에서 도시되는 바와 같이, 현재 단말은 이동통신 시스템에서 할당 받은 IP 주소가 없지만, PGW를 통하여 외부에서 보이는 가상 고정 IP 주소를 구비한다. 인터넷 상의 MTC 서버(또는 상대방 노드)는 해당 가상 고정 IP 주소를 도착 주소로 설정하여 IP 패킷을 송신할 수 있다. 이를 수신한 PGW는 도 31에서 도시되는 바와 같이, 단말에 대한 무선 자원, 베어러 자원, IP 주소를 동시에 수행하는 개선된 페이징 절차를 통하여, 실제 사용 가능한 이동통신 시스템에서의 IP주소 및 유무선 자원을 확보한다. 도 31에서는 상기 단말에 대한 실제 IP 주소를 A 로 할당하였음을 알 수 있다. 따라서 PGW는 도 32에서와 같이 이동통신 시스템이 할당한 IP 주소 A를 내부적으로 사용함과 동시에 외부적으로는 IP 주소 X를 해당 단말의 인터넷 주소로 활용하여 IP 패킷 송수신을 가능하게 한다.
둘째로 2)의 IP 주소의 부족 문제에 대한 해결책으로는 제안 방안의 구현 측면에서의 사례를 통하여 해결 방안을 설명할 수 있다.
가능한 첫 번째 접근은 MTC 서버와 PGW 사이를 터널링으로 연결하는 것이다. 통상 MTC Device들은 일반적인 휴대 단말기와는 다르게 소수의 합법적인 MTC 서버 및 관리자에 의해서만 접근된다. 따라서, MTC 서버와 PGW를 계층 2-3(Layer-2/3) 터널로 연결하고, MTC 서버와 PGW 상호 간에 미리 약속된 사설 IP 주소(Private IP Address)를 사용하게 되면, 본 발명에서 제안한 가상 고정 IP 주소 방법과 함께 IP 부족 문제를 MTC 서비스 분야에서 해결할 수 있다.
상기의 내용이 도 33 내지 도 35에 도시된다. 도 33 내지 도 35가 도 30 내지 도 32와 상이한 점은 MTC 서버와 PGW 사이가 보안 터널링으로 연결된다는 점이다. 따라서, MTC 서버와 PGW 는 공중의 인터넷 주소가 아닌 상호간 미리 약속된 주소 체계를 사용할 수 있으므로 사용 가능한 IP 주소의 영역이 기하급수적으로 증가될 수 있다.
가능한 두 번째 접근은 본 발명에서 제안한 방안을 기반으로 도메인 네임 서비스(Domain Name Service, DNS) 방식을 확장하는 것이다. 이에 대한 순서도가 도 36에서 도시된다.
도 36에 따르면, DNS에서 실제 IP주소를 할당하지 않은 데이터베이스를 사용하여, 동시에 사용하는 IP의 개수를 줄일 수 있고, 이에 따라 IP주소의 부족 문제를 해결할 수 있다. 도 36에 도시된 순서도와 도 16에서 도시된 순서도의 차이점은 도 16의 경우는 상대방 노드가 단말의 가상 고정 IP 주소를 기억하고 사용하지만, 도 36에서는 도메인 네임(Domain Name)을 사용한다는 점이다. 즉, 단말의 ID를 기억하고, 해당 ID의 주소를 DNS를 통해서 확인하는 방법이다.
따라서 DNS를 이동통신 시스템에서 관장하는 경우, 단말에 대한 IP 주소는 할당하지 않은 상태로 유지하다가, DNS 서버에 특정 단말 ID에 대한 IP 주소 확인 요청이 수신되면, 해당 시점에서 단말에 대한 무선 자원, 베어러 자원, IP 주소를 할당한다. 새롭게 할당한 단말의 IP 주소를 DNS 응답을 통해 상대방 노드에 알림으로써, 상호 간에 통신을 수행하도록 하는 것이다.
상기의 과정을 도 36을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
우선, S3605 단계는 단말(910)이 실제 IP 주소를 할당받은 상태는 아니지만 자신을 대표하는 ID(Representative ID)를 구비한 상태이다. 외부 노드(990)가 상기 단말(910)에게 IP 패킷을 전송하기 위해서는 단말(910)의 IP 주소 또는 이에 상응하는 정보를 알아야 한다. 이에 따라, 외부 노드(990)는 S3610 단계에서 네임 분석 요청 메시지(Name Resolution Request)를 DNS 서버(3610)에 전송한다. 그러면 DNS(3610) 서버는 S3615 단계 및 S3620 단계에서, 해당 단말(910)에 대해 무선 자원, 베어러 자원, 및 IP 주소를 할당하기 위해 MME(950)에게 데이터 전송 통지 메시지를 송수신한다. 그러면 MME(950)는 S3625 단계에서 단말(910)을 페이징하여, 상기 단말(910)에 대한 무선 자원, 베어러 자원, 및 IP 주소 할당 절차를 개시하도록 한다.
단말(910)은 MME(950)의 페이징에 대응하여, S3630 단계에서 서비스 요청 메시지(Service Request)를 MME(950)로 전송한다. 그러면 MME(950)는 S3635 단계를 통해 HSS(960)와 단말(910)과의 통신을 수행하여 적합성 및 적법성을 검사하는 Authentication/Security 과정을 수행한다.
그리고 MME(950)는 S3640 단계에서, PGW(940)와 통신하여 단말(910)에 대한 베어러 자원 및 IP 주소를 할당(Create Session Request/Response)한다. 그러면 MME(950) 또는 PGW(940)는 단말(910)에게 할당된 IP 주소를 각각 S3645a 단계 또는 S3645b 단계의 IP 주소 등록(IP Address Registration) 절차를 통해, 결정된 단말(910)의 IP 주소를 DNS 서버(3610)에 통보한다. 그러면 DNS(3610)는 S3650 단계에서, 네임 분석 응답 메시지(Name Resolution Response)를 외부 노드(910)에 전달한다. 상기 과정을 통해, 외부 노드(990)는 S3675 단계에서와 같이, 단말의 ID를 이용하여 실제 IP 주소를 획득할 수 있다.
한편, 상기 IP 주소 할당 절차와 동시에 S3655 단계 및 S3660 단계에서, 무선 자원 할당(Initial Context Setup) 절차와, 베어러 수정 요청 및 응답(Modify Bearer Request/Response) 절차가 수행된다.
상기의 절차를 완료하면, 외부 노드(990)는 S3680 단계에서, 단말(910)과 통신을 수행할 수 있다.
도 37 내지 도 39에서는 도 30 내지 도 32에 상응하는 DNS 기반 방안의 동작 실시예가 도시된다. 우선, 도 37에서는 MTC 서버(또는 상대방 노드)가 단말의 ID를 이용하여 DNS 서버로 상기 단말의 IP 주소를 요청한 상태이다. 그러면, MME는 도 38에서 도시되는 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 페이징을 통해 단말에게 무선 자원, 베어러 자원, 및 IP 주소를 할당한다. 도 38에서는 단말에게 사설 임시 IP 주소로서 A 가 할당되고, 공용 임시 IP 주소로서 X가 할당되었음을 알 수 있다. 그러면 도 39에서와 같이 이동통신 시스템이 할당한 IP 주소 A를 내부적으로 사용함과 동시에 외부적으로는 IP 주소 X를 해당 단말의 인터넷 주소로 활용하여 IP 패킷 송수신이 가능하게 된다.
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 (15)

  1. 이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 방법에 있어서,
    가상 고정 IP 주소를 가지는 단말이 상기 이동통신 시스템으로의 등록을 개시하기 위한 접속 요청 메시지를 이동성 관리 엔티티에게 전송하는 단계;
    상기 이동성 관리 엔티티가 상기 단말의 위치를 홈 가입자 서버에 등록하는 단계; 및
    상기 이동성 관리 엔티티가 접속 허용 메시지를 상기 단말에게 전송하여 상기 등록을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    PDN(Packet Data Network) 게이트웨이가 상기 단말로 전달될 패킷을 외부 노드로부터 수신 시, 다운링크 데이터 통지 메시지를 생성하는 단계;
    상기 생성된 다운링크 데이터 통지 메시지를 상기 이동성 관리 엔티티에게 전송하는 단계; 및
    상기 이동성 관리 엔티티가 상기 단말을 페이징하여 상기 단말에게 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 접속 요청 메시지는,
    상기 단말의 등록 모드를 지시하는 일반 접속 필드 또는 상기 단말에 대한 위치 추적 수행 여부를 지시하는 이동성 지원 필드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 등록 완료 시, 상기 이동성 관리 엔티티의 데이터베이스에 레코드가 생성되며,
    상기 레코드는 단말 식별자, 홈 가입자 서버 식별자, 서빙 게이트웨이 식별자 또는 PDN 게이트웨이 식별자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치 등록 완료 시, 상기 홈 가입자 서버의 데이터베이스에 레코드가 생성되며,
    상기 레코드는 단말 식별자, 접속 모드, 서빙 게이트웨이 식별자, PDN 게이트웨이 식별자, 가상 고정 IP 주소, 블랙 리스트 IP 주소, 또는 화이트 리스트 IP 주소 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 다운링크 데이터 통지 메시지는 IP 주소 할당 요청 또는 상기 PDN 게이트웨이의 식별자를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 패킷 수신 단계는,
    상기 PDN 게이트웨이가 서빙 제어 요청 메시지를 상기 홈 가입자 서버에 전송하여 상기 수신한 패킷을 상기 단말에게 전달해야 할지 여부에 대한 적합성을 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서빙 제어 요청 메시지는 상기 단말을 관리하는 이동성 관리 엔티티의 식별 정보, 화이트 리스트 IP 주소 리스트, 또는 블랙리스트 IP 주소 리스트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수신한 패킷이 상기 단말에게 전달되기 부적합한 경우, 상기 PDN 게이트웨이가 상기 수신한 패킷을 폐기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 외부 노드는,
    상기 단말의 가상 고정 IP 주소를 이용하여 상기 단말을 식별하고 상기 패킷을 전송하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  11. 이동통신 시스템에서 단말에게 서비스를 제공하는 장치에 있어서,
    가상 고정 IP를 가지며, 상기 이동통신 시스템으로의 등록을 개시하기 위한 접속 요청 메시지를 전송하는 단말; 및
    상기 접속 요청 메시지 수신 시, 상기 단말의 위치를 홈 가입자 서버에 등록하고, 접속 허용 메시지를 상기 단말에게 전송하여 상기 등록을 완료하는 이동성 관리 엔티티를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말에게 서비스를 제공하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단말로 전달될 패킷을 외부 노드로부터 수신 시, 다운링크 데이터 통지 메시지를 생성하고, 상기 생성된 다운링크 데이터 통지 메시지를 상기 이동성 관리 엔티티에게 전송하는 PDN(Packet Data Network) 게이트웨이를 더 포함하며,
    상기 이동성 관리 엔티티는 상기 단말을 페이징하여 상기 단말에게 무선 자원, 베어러 자원 및 IP 주소를 할당하는 것을 특징으로 하는 단말에게 서비스를 제공하는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 접속 요청 메시지는,
    상기 단말의 등록 모드를 지시하는 일반 접속 필드 또는 상기 단말에 대한 위치 추적 수행 여부를 지시하는 이동성 지원 필드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말에게 서비스를 제공하는 장치.
  14. 제14항에 있어서,
    상기 등록 완료 시, 상기 이동성 관리 엔티티의 데이터베이스에 레코드가 생성되며,
    상기 레코드는 단말 식별자, 홈 가입자 서버 식별자, 서빙 게이트웨이 식별자 또는 PDN 게이트웨이 식별자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말에게 서비스를 제공하는 장치.
  15. 제15항에 있어서,
    상기 위치 등록 완료 시, 상기 홈 가입자 서버의 데이터베이스에 레코드가 생성되며,
    상기 레코드는 단말 식별자, 접속 모드, 서빙 게이트웨이 식별자, PDN 게이트웨이 식별자, 가상 고정 IP 주소, 블랙 리스트 IP 주소, 또는 화이트 리스트 IP 주소 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말에게 서비스를 제공하는 장치.
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