WO2017131259A1 - 네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능들에 대한 최적 경로를 산출하는 방안 - Google Patents

네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능들에 대한 최적 경로를 산출하는 방안 Download PDF

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WO2017131259A1
WO2017131259A1 PCT/KR2016/000964 KR2016000964W WO2017131259A1 WO 2017131259 A1 WO2017131259 A1 WO 2017131259A1 KR 2016000964 W KR2016000964 W KR 2016000964W WO 2017131259 A1 WO2017131259 A1 WO 2017131259A1
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virtualized
sfp
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PCT/KR2016/000964
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김현숙
이재용
오유정
공석환
김종헌
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엘지전자 주식회사
연세대학교 산학협력단
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L45/38—Flow based routing
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/06—Optimizing the usage of the radio link, e.g. header compression, information sizing, discarding information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L65/00—Network arrangements, protocols or services for supporting real-time applications in data packet communication
    • H04L65/40—Support for services or applications
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    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
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    • H04W28/08—Load balancing or load distribution
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/50—Service provisioning or reconfiguring

Definitions

  • the present invention relates to virtualization of a mobile communication network.
  • the 3GPP which enacts the technical specifications of the mobile communication system, has been trying to optimize and improve the performance of 3GPP technologies since late 2004 in order to respond to various forums and new technologies related to 4G mobile communication. Started research on Term Evolution / System Architecture Evolution technology.
  • 3GPP SAE centered on 3GPP SA WG2
  • 3GPP SA WG2 is a study on network technology aimed at determining network structure and supporting mobility between heterogeneous networks in parallel with LTE work of 3GPP TSG RAN.
  • Recent important standardization issues of 3GPP Is one of. This is a work to develop a 3GPP system into a system supporting various radio access technologies based on IP, and has been aimed at an optimized packet-based system that minimizes transmission delay with improved data transmission capability.
  • the Evolved Packet System (EPS) high-level reference model defined by 3GPP SA WG2, includes non-roaming cases and roaming cases in various scenarios. Reference may be made to documents TS 23.401 and TS 23.402.
  • the network structure diagram of FIG. 1 is a simple reconfiguration.
  • 1 is a structural diagram of an evolved mobile communication network.
  • the EPC may include various components, and in FIG. 1, some of them correspond to a Serving Gateway (S-GW) 52, a PDN Packet Data Network Gateway (GW) 53, and a Mobility Management Entity (MME). 51, a Serving General Packet Radio Service (GPRS) Supporting Node (SGSN), and an enhanced Packet Data Gateway (ePDG).
  • S-GW Serving Gateway
  • GW Packet Data Network Gateway
  • MME Mobility Management Entity
  • GPRS General Packet Radio Service
  • SGSN Serving General Packet Radio Service
  • ePDG enhanced Packet Data Gateway
  • the S-GW 52 acts as a boundary point between the radio access network (RAN) and the core network, and is an element that functions to maintain a data path between the eNodeB 22 and the PDN GW 53.
  • the S-GW 52 serves as a local mobility anchor point. That is, packets may be routed through the S-GW 52 for mobility in the E-UTRAN (Universal Mobile Telecommunications System (Evolved-UMTS) Terrestrial Radio Access Network defined in 3GPP Release-8 or later).
  • E-UTRAN Universal Mobile Telecommunications System (Evolved-UMTS) Terrestrial Radio Access Network defined in 3GPP Release-8 or later.
  • the S-GW 52 may be connected to other 3GPP networks (RANs defined before 3GPP Release-8, for example, UTRAN or GERAN (GSM (Global System for Mobile Communication) / EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) Radio Access). It can also serve as an anchor point for mobility with a network).
  • 3GPP networks RANs defined before 3GPP Release-8, for example, UTRAN or GERAN (GSM (Global System for Mobile Communication) / EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) Radio Access). It can also serve as an anchor point for mobility with a network).
  • PDN GW (or P-GW) 53 corresponds to the termination point of the data interface towards the packet data network.
  • the PDN GW 53 may support policy enforcement features, packet filtering, charging support, and the like.
  • mobility management between 3GPP networks and non-3GPP networks for example, untrusted networks such as Interworking Wireless Local Area Networks (I-WLANs), code-division multiple access (CDMA) networks, or trusted networks such as WiMax) Can serve as an anchor point for.
  • untrusted networks such as Interworking Wireless Local Area Networks (I-WLANs), code-division multiple access (CDMA) networks, or trusted networks such as WiMax
  • I-WLANs Interworking Wireless Local Area Networks
  • CDMA code-division multiple access
  • WiMax trusted networks
  • S-GW 52 and the PDN GW 53 are configured as separate gateways in the example of the network structure of FIG. 1, two gateways may be implemented according to a single gateway configuration option. have.
  • the MME 51 is an element that performs signaling and control functions to support access to the network connection of the UE, allocation of network resources, tracking, paging, roaming and handover, and the like. .
  • the MME 51 controls control plane functions related to subscriber and session management.
  • the MME 51 manages a number of eNodeBs 22 and performs signaling for the selection of a conventional gateway for handover to other 2G / 3G networks.
  • the MME 51 performs security procedures, terminal-to-network session handling, idle terminal location management, and the like.
  • the SGSN handles all packet data, such as user's mobility management and authentication to other connecting 3GPP networks (e.g., GPRS networks, UTRAN / GERAN).
  • 3GPP networks e.g., GPRS networks, UTRAN / GERAN.
  • the ePDG acts as a secure node for untrusted non-3GPP networks (eg, I-WLAN, WiFi hotspots, etc.).
  • untrusted non-3GPP networks eg, I-WLAN, WiFi hotspots, etc.
  • a terminal having IP capability is provided by an operator (ie, an operator) via various elements in the EPC, based on 3GPP access as well as non-3GPP access.
  • an IP service network eg, IMS
  • FIG. 1 illustrates various reference points (eg, S1-U, S1-MME, etc.).
  • a conceptual link defining two functions existing in different functional entities of E-UTRAN and EPC is defined as a reference point.
  • Table 1 below summarizes the reference points shown in FIG. 1.
  • This reference point can be used in PLMN-to-PLMN-to-for example (for PLMN-to-PLMN handover) (It enables user and bearer information exchange for inter 3GPP access network mobility in Idle and / or active state
  • This reference point can be used intra-PLMN or inter-PLMN (eg, in the case of Inter-PLMN HO).
  • S5 Reference point providing user plane tunneling and tunnel management between the SGW and PDN GW. It provides user plane tunneling and tunnel management between Serving GW and PDN GW.It is used because of UE mobility and when a connection to the PDN GW where no SGW is located is required for the required PDN connectivity. for Serving GW relocation due to UE mobility and if the Serving GW needs to connect to a non-collocated PDN GW for the required PDN connectivity.
  • the PDN may be an operator external public or private PDN or, for example, an in-operator PDN for the provision of IMS services. It is the reference point between the PDN GW and the packet data network.
  • Packet data network may be an operator external public or private packet data network or an intra operator packet data network, e.g. for provision of IMS services.This reference point corresponds to Gi for 3GPP accesses.
  • S2a and S2b correspond to non-3GPP interfaces.
  • S2a is a reference point that provides the user plane with associated control and mobility support between trusted non-3GPP access and PDN GW.
  • S2b is a reference point that provides the user plane with relevant control and mobility support between the ePDG and PDNGW.
  • Figure 2 is an exemplary view showing the functions of the main nodes of the E-UTRAN and the general EPC in general.
  • the eNodeB 20 may route to a gateway, schedule and transmit paging signals, schedule and transmit broadcaster channels (BCHs), uplink and downlink while an RRC (Radio Resource Control) connection is active.
  • BCHs broadcaster channels
  • RRC Radio Resource Control
  • paging can occur, LTE_IDLE state management, user planes can perform encryption, EPS bearer control, NAS signaling encryption and integrity protection.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a structure of a radio interface protocol in a control plane between a UE and an eNodeB
  • FIG. 4 is a structure of a radio interface protocol in a user plane between a terminal and a base station. Another example is shown.
  • the radio interface protocol is based on the 3GPP radio access network standard.
  • the air interface protocol consists of a physical layer (Physical layer), a data link layer (Data Link layer) and a network layer (Network layer) horizontally, vertically the user plane (User Plane) and control for data information transmission It is divided into a control plane for signal transmission.
  • the protocol layers are based on the lower three layers of the Open System Interconnection (OSI) reference model, which is widely known in communication systems, and includes L1 (first layer), L2 (second layer), and L3 (third layer). ) Can be separated.
  • OSI Open System Interconnection
  • the physical layer which is the first layer, provides an information transfer service using a physical channel.
  • the physical layer is connected to a medium access control layer on the upper side through a transport channel, and data between the medium access control layer and the physical layer is transmitted through the transport channel.
  • data is transferred between different physical layers, that is, between physical layers of a transmitting side and a receiving side through a physical channel.
  • the physical channel is composed of several subframes on the time axis and several sub-carriers on the frequency axis.
  • one subframe includes a plurality of symbols and a plurality of subcarriers on the time axis.
  • One subframe consists of a plurality of resource blocks, and one resource block consists of a plurality of symbols and a plurality of subcarriers.
  • the transmission time interval (TTI) which is a unit time for transmitting data, is 1 ms corresponding to one subframe.
  • the physical channels existing in the physical layer of the transmitting side and the receiving side are physical downlink shared channel (PDSCH), physical uplink shared channel (PUSCH) and physical downlink control channel (PDCCH), which are control channels, It may be divided into a Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH), a Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel (PHICH), and a Physical Uplink Control Channel (PUCCH).
  • PCFICH Physical Control Format Indicator Channel
  • PHICH Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel
  • PUCCH Physical Uplink Control Channel
  • the PCFICH transmitted in the first OFDM symbol of a subframe carries a control format indicator (CFI) regarding the number of OFDM symbols (that is, the size of the control region) used for transmission of control channels in the subframe.
  • CFI control format indicator
  • the wireless device first receives the CFI on the PCFICH and then monitors the PDCCH.
  • the PCFICH does not use blind decoding and is transmitted on a fixed PCFICH resource of a subframe.
  • the PHICH carries a positive-acknowledgement (ACK) / negative-acknowledgement (NACK) signal for a UL hybrid automatic repeat request (HARQ).
  • ACK positive-acknowledgement
  • NACK negative-acknowledgement
  • HARQ UL hybrid automatic repeat request
  • the Physical Broadcast Channel (PBCH) is transmitted in the preceding four OFDM symbols of the second slot of the first subframe of the radio frame.
  • the PBCH carries system information necessary for the wireless device to communicate with the base station, and the system information transmitted through the PBCH is called a master information block (MIB).
  • MIB master information block
  • SIB system information block
  • the PDCCH includes resource allocation and transmission format of downlink-shared channel (DL-SCH), resource allocation information of uplink shared channel (UL-SCH), paging information on PCH, system information on DL-SCH, and random access transmitted on PDSCH. Resource allocation of higher layer control messages such as responses, sets of transmit power control commands for individual UEs in any UE group, activation of voice over internet protocol (VoIP), and the like.
  • a plurality of PDCCHs may be transmitted in the control region, and the terminal may monitor the plurality of PDCCHs.
  • the PDCCH is transmitted on an aggregation of one or several consecutive control channel elements (CCEs).
  • CCEs control channel elements
  • CCE is a logical allocation unit used to provide a PDCCH with a coding rate according to a state of a radio channel.
  • the CCE corresponds to a plurality of resource element groups.
  • the format of the PDCCH and the number of bits of the PDCCH are determined according to the correlation between the number of CCEs and the coding rate provided by the CCEs.
  • DCI downlink control information
  • PDSCH also called DL grant
  • PUSCH resource allocation also called UL grant
  • VoIP Voice over Internet Protocol
  • the Medium Access Control (MAC) layer is responsible for mapping various logical channels to various transport channels, and also for logical channel multiplexing to map multiple logical channels to one transport channel. Play a role.
  • the MAC layer is connected to the upper layer RLC layer by a logical channel, and the logical channel includes a control channel for transmitting information of a control plane according to the type of information to be transmitted. It is divided into a traffic channel that transmits user plane information.
  • the Radio Link Control (RLC) layer of the second layer adjusts the data size so that the lower layer is suitable for transmitting data to the radio section by segmenting and concatenating data received from the upper layer. It plays a role.
  • RLC Radio Link Control
  • TM Transparent mode, transparent mode
  • UM Un-acknowledged mode, no response mode
  • AM Acknowledged mode, Response mode
  • the AM RLC performs a retransmission function through an Automatic Repeat and Request (ARQ) function for reliable data transmission.
  • ARQ Automatic Repeat and Request
  • the Packet Data Convergence Protocol (PDCP) layer of the second layer is an IP containing relatively large and unnecessary control information for efficient transmission in a low bandwidth wireless section when transmitting IP packets such as IPv4 or IPv6. Performs Header Compression, which reduces the packet header size. This transmits only the necessary information in the header portion of the data, thereby increasing the transmission efficiency of the radio section.
  • the PDCP layer also performs a security function, which is composed of encryption (Ciphering) to prevent third-party data interception and integrity protection (Integrity protection) to prevent third-party data manipulation.
  • the radio resource control layer (hereinafter RRC) layer located at the top of the third layer is defined only in the control plane, and the settings (setting) and reset (Re) of radio bearers (abbreviated as RBs) are performed. It is responsible for the control of logical channels, transport channels, and physical channels in connection with setup and release.
  • RB means a service provided by the second layer for data transmission between the terminal and the E-UTRAN.
  • RRC connection If there is an RRC connection (RRC connection) between the RRC of the terminal and the RRC layer of the radio network, the terminal is in the RRC connected state (Connected mode), otherwise it is in the RRC idle state (Idle mode).
  • RRC connection If there is an RRC connection (RRC connection) between the RRC of the terminal and the RRC layer of the radio network, the terminal is in the RRC connected state (Connected mode), otherwise it is in the RRC idle state (Idle mode).
  • the RRC state refers to whether or not the RRC of the UE is in a logical connection with the RRC of the E-UTRAN. If the RRC state is connected, the RRC_CONNECTED state is called, and the RRC_IDLE state is not connected. Since the UE in the RRC_CONNECTED state has an RRC connection, the E-UTRAN can grasp the existence of the UE in units of cells, and thus can effectively control the UE. On the other hand, the UE in the RRC_IDLE state cannot identify the existence of the UE by the E-UTRAN, and the core network manages the unit in a larger tracking area (TA) unit than the cell.
  • TA tracking area
  • each TA is identified by a tracking area identity (TAI).
  • TAI tracking area identity
  • the terminal may configure a TAI through a tracking area code (TAC), which is information broadcast in a cell.
  • TAC tracking area code
  • the terminal When the user first turns on the power of the terminal, the terminal first searches for an appropriate cell, then establishes an RRC connection in the cell, and registers the terminal's information in the core network. Thereafter, the terminal stays in the RRC_IDLE state. The terminal staying in the RRC_IDLE state selects a cell (re) as needed and looks at system information or paging information. This is called camping on the cell.
  • the UE staying in the RRC_IDLE state needs to establish an RRC connection
  • the UE establishes an RRC connection with the RRC of the E-UTRAN through an RRC connection procedure and transitions to the RRC_CONNECTED state.
  • RRC_CONNECTED There are several cases in which the UE in RRC_IDLE state needs to establish an RRC connection. For example, when uplink data transmission is necessary due to a user's call attempt, or when a paging signal is received from E-UTRAN, Send a response message.
  • a non-access stratum (NAS) layer located above the RRC layer performs functions such as session management and mobility management.
  • NAS non-access stratum
  • Evolved Session Management belonging to the NAS layer performs functions such as Default Bearer management and Dedicated Bearer management, and is responsible for controlling the terminal to use the PS service from the network.
  • the default bearer resource is characterized in that it is allocated from the network when it is connected to the network when it first accesses a specific Packet Data Network (PDN).
  • PDN Packet Data Network
  • the network allocates an IP address usable by the terminal so that the terminal can use the data service, and also allocates QoS of the default bearer.
  • LTE supports two types of bearer having a guaranteed bit rate (GBR) QoS characteristic that guarantees a specific bandwidth for data transmission and reception, and a non-GBR bearer having a best effort QoS characteristic without guaranteeing bandwidth.
  • GBR guaranteed bit rate
  • Non-GBR bearer is assigned.
  • a bearer having a QoS characteristic of GBR or non-GBR may be allocated.
  • the bearer allocated to the terminal in the network is called an evolved packet service (EPS) bearer, and when the EPS bearer is allocated, the network allocates one ID. This is called EPS Bearer ID.
  • EPS bearer ID This is called EPS Bearer ID.
  • MLR maximum bit rate
  • GRR guaranteed bit rate
  • AMBR aggregated maximum bit rate
  • an RRC layer, an RLC layer, a MAC layer, and a PHY layer located under the NAS layer are collectively referred to as an access stratum (AS).
  • AS access stratum
  • VMs virtual machines
  • a virtual machine is run on a hardware resource pool, which is a set of hardware (HW), and a virtual network function (VNF) / service function (SF), that is, a virtual base station (VBS).
  • HW hardware
  • VNF virtual network function
  • SF service function
  • S-GW, MME, P-GW, etc. are under discussion.
  • SDN Software Defined Networking
  • one disclosure of the present specification provides a method for network nodes to calculate an optimal path for virtualized service functions (SFs).
  • the method includes generating a service function chain (SFC) ordered SFs based on user policy information based on subscriber information and state information of SFs; Calculating an optimal service function path (SFP) by finding an optimal SF set based on the SFC; When any one of the user policy information based on the subscriber information and the state information of the SF is changed, it may include updating the SFP.
  • SFC service function chain
  • SFP service function path
  • the method includes receiving user policy information based on the subscriber information from a policy and charging rule function (PCRF); The method may further include receiving the state information of the SF from an SF manager.
  • PCRF policy and charging rule function
  • the method may further comprise receiving a service requirement.
  • the SFC may be generated in consideration of the service requirement.
  • the method may further include delivering the SFP to a service function forward (SFF) and a classifier.
  • the classifier may be a packet data network gateway (P-GW).
  • the SF may include one or more of a virtualized firewall, a virtualized optimizer, a virtualized network address translator (NAT), and a virtualized load balancer.
  • the SFC may define an order of one or more of the virtualized firewall, optimizer, NAT, and load balancer.
  • the SFP may define a specific set of a plurality of virtualized firewalls, a plurality of virtualized optimizers, a plurality of virtualized NATs, and a plurality of virtualized load balancers.
  • the steps may be performed by a software defined networking (SDN) controller.
  • the SDN controller includes a monitoring unit for monitoring the state of the SF; A chain generation unit generating the SFC; It may include an SFP optimizer for calculating the optimal SFP.
  • one disclosure of the present specification provides a software defined networking (SDN) controller in which network nodes calculate an optimal path for virtualized service functions (SFs).
  • the SDN controller includes a monitoring unit for monitoring the state of the SF;
  • a chain generation unit for generating a service function chain (SFC) in which SFs are ordered based on user policy information based on subscriber information and state information of the SF;
  • the SFP optimizer may be configured to find an optimal SF set based on the SFC and calculate an optimal service function path (SFP).
  • a scheme is provided for network nodes to find an optimal path to service functions (SFs) in a virtualized Software Defined Networking (SDN) environment.
  • SFs service functions
  • SDN Software Defined Networking
  • 1 is a structural diagram of an evolved mobile communication network.
  • Figure 2 is an exemplary view showing the architecture of a general E-UTRAN and a general EPC.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a structure of a radio interface protocol in a control plane between a UE and an eNodeB.
  • FIG. 4 is another exemplary diagram illustrating a structure of a radio interface protocol in a user plane between a terminal and a base station.
  • 5 shows a conceptual example of network virtualization.
  • FIG. 6 shows an example of the proposed NFVI in the NFV ISG of ETSI.
  • FIG. 8 is a structural diagram and operation of network virtualization according to the present disclosure.
  • FIG 9 is an exemplary view showing an optimization method according to the disclosure of the present specification.
  • FIG. 11 is a structural diagram of network virtualization shown in FIG. 9 and a modification of its operation.
  • FIG. 13 shows an example of SFP change in response to a request of OSS / BSS.
  • FIG. 14 shows an example of an SFP change in response to a request of a PCRF.
  • 16 is a block diagram illustrating a classifier 530 and an SDN controller 600 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the present invention is described based on the Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) and the Evolved Packet Core (EPC), the present invention is not limited to such a communication system, but also to all communication systems and methods to which the technical spirit of the present invention can be applied. Can be applied.
  • UMTS Universal Mobile Telecommunication System
  • EPC Evolved Packet Core
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • a component When a component is said to be connected or connected to another component, it may be directly connected to or connected to the other component, but other components may be present in between. On the other hand, when a component is mentioned as being directly connected or directly connected to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.
  • a user equipment UE
  • the illustrated UE may be referred to in terms of terminal, mobile equipment (ME), and the like.
  • the UE may be a portable device such as a laptop, a mobile phone, a PDA, a smart phone, a multimedia device, or a non-portable device such as a PC or a vehicle-mounted device.
  • UMTS Abbreviation for Universal Mobile Telecommunication System, which means the third generation mobile communication network.
  • UE / MS means User Equipment / Mobile Station, terminal equipment.
  • EPS stands for Evolved Packet System and means a core network supporting a Long Term Evolution (LTE) network.
  • LTE Long Term Evolution
  • UMTS evolved network
  • PDN Public Data Network
  • PDN-GW Packet Data Network Gateway
  • Network node of EPS network that performs UE IP address allocation, Packet screening & filtering, Charging data collection
  • Serving GW Network node of EPS network that performs mobility anchor, packet routing, idle mode packet buffering, Triggering MME to page UE
  • PCRF Policy and Charging Rule Function
  • NodeB A base station of a UMTS network, which is installed outdoors, and a cell coverage scale corresponds to a macro cell.
  • eNodeB A base station of an evolved packet system (EPS), which is installed outdoors, and a cell coverage size corresponds to a macro cell.
  • EPS evolved packet system
  • NodeB A term referring to NodeB and eNodeB.
  • MME Mobility Management Entity
  • a session is a channel for data transmission.
  • the unit may be a PDN, a bearer, or an IP flow unit.
  • the difference in each unit can be divided into the entire target network unit (APN or PDN unit), the QoS classification unit (Bearer unit), and the destination IP address unit as defined in 3GPP.
  • PDN connection (connection) A connection from the terminal to the PDN, that is, the association (connection) between the terminal represented by the IP address and the PDN represented by the APN.
  • UE Context Context information of UE used to manage UE in the network, ie Context Information composed of UE id, mobility (current location, etc.), session attributes (QoS, priority, etc.)
  • NAS Non-Access-Stratum: Upper stratum of the control plane (control plane) between the UE and the MME. Supports mobility management, session management, and IP address management between UE and network
  • PLMN Abbreviation for Public Land Mobile Network, which means the network identification number of the operator.
  • HPLMN Home PLMN
  • VPLMN Visited PLMN
  • Virtual Machine A virtual machine created by virtualization technology
  • VN Virtual Network
  • SDN Software Defined Networking
  • Service Function A component function that is responsible for network services and handles a single packet or traffic.
  • the component only refers to a logical entity for each function, and instances for actual operation are shared by software. It runs on network resources or physical dedicated equipment and can have one or more instances of a single service function.
  • VNF Virtual Network Function
  • Service Function Chain A logical path indicating which service function will process received packets or traffic in what order.
  • the service chain is defined according to the network service policy, and each chain is a traffic classification function. Is selected according to.
  • Service Function Path Refers to an instance of a logically defined service chain. As a result of mapping a logical service chain to a service function instance, a physical service node, etc. on a real network, a network packet and traffic are actually delivered.
  • ETSI NFV ISG Abbreviation for European Telecommunications Standards Institute Network Function Virtualization Industry Specification Group.
  • Network Function Virtualization A technique that uses virtualization technology for general-purpose servers to operate network functions previously implemented in hardware on virtual machines.
  • NFVI Network Function Virtualization Infrastructure
  • NF Network Function
  • VIM Virtual Infrastructure Manager
  • VNFC Virtual Network Function Component
  • VNFFG VNF forwarding graph
  • 5 shows a conceptual example of network virtualization.
  • the core network e.g. S-GW, MME, P-GW
  • other network entities e.g. firewall (FW), load balancer, optimizer
  • FW firewall
  • load balancer load balancer
  • optimizer Various network functions
  • entities eg, S-GW, MME, and P-GW
  • VM virtual machine
  • HW hardware
  • VNF virtual network function
  • SF service function
  • S-GW, MME, P-GW, etc. can be operated.
  • network entities such as firewalls (FWs), load balancers, optimizers, etc. can be virtualized through virtual machines.
  • FWs firewalls
  • load balancers load balancers
  • optimizers optimizers
  • VNFFG virtual network function forwarding graph
  • SFP service function path
  • NVM network function virtualization
  • NFV network function virtual infrastructure
  • FIG. 6 shows an example of the proposed NFVI in the NFV ISG of ETSI.
  • the NFVI includes an infrastructure network domain in which virtual networks (VNs) created by virtualizing network resources and hardware resources (eg, CPU / memory / storage) are arranged. It includes a computing domain (hypervisor) and a hypervisor domain (hypervisor domain) to create a virtual machine (VM) utilizing a hypervisor (hypervisor).
  • VNs virtual networks
  • hardware resources eg, CPU / memory / storage
  • hypervisor domain hypervisor domain to create a virtual machine (VM) utilizing a hypervisor (hypervisor).
  • VIM virtual infrastructure manager
  • a VNF that provides a virtual network service using a VM and a VN can be operated.
  • 3GPP proposes the concept of flexible mobile service steering (FMSS) for SFC of wireless mobile communication traffic and proposes (s) Gi-LAN requirements and structure for this.
  • FMSS flexible mobile service steering
  • a policy for SFC is received from a policy and charging function (PCRF).
  • PCRF policy and charging function
  • This policy includes user subscription information, network operator policy, and the like. Also, it adds and utilizes functions such as TDF and PGW for classifier.
  • the classifier may be P-GW.
  • the 3GPP standard defines new functions for this purpose and defines new functions and interfaces to support them.
  • the structure shown in FIG. 7 was proposed as one of the structure solutions for FMSS, and adds a new function called SCTCF to support SFC in (s) Gi-LAN.
  • 3GPP proposes only a simple structure for SFC of wireless mobile communication traffic.
  • 3GPP does not provide a concrete structure.
  • 3GPP does not specify specific ways to adjust traffic, and says that a solution proposed by another standard body may be utilized.
  • standards bodies such as ETSI and IETF have only proposed the concept for realizing SFC.
  • the present disclosure proposes an SFP optimization scheme of a Software Defined Networking (SDN) controller to provide an optimal SFC service in consideration of network conditions and service requirements and characteristics in a wireless mobile communication network.
  • SDN Software Defined Networking
  • FIG. 8 is a structural diagram and operation of network virtualization according to the present disclosure.
  • FIG. 8 there is shown an environment in which an EPC (ie, S-GW, P-GW, MME, PCRF, etc.) and a data center disposed in an SGi-LAN of a network operator exist.
  • EPC ie, S-GW, P-GW, MME, PCRF, etc.
  • SFs eg, optimizers, NATs, firewalls, etc.
  • the illustrated operations support system (OSS) / business support system (BSS) serves to accommodate the service requirements of service applications or external service managers (OTT operators, portal operators, CDN operators, etc.) requesting network services. do. This service requirement is passed to the SDN controller and used to calculate the optimal SFP.
  • OSS operations support system
  • BSS business support system
  • the SF management unit transmits the status information of all data centers owned by the network operator and the status information (CPU occupancy, memory usage) of SFs operating in the data center to the SDN controller.
  • the state information of the SF is collected by the monitoring function of each data center. Status information of each data center may be directly collected by the SDN controller.
  • the PCRF of the EPC serves to transmit information of a subscriber using a wireless mobile communication network, information on a user's use of a service, and a user policy to an SDN controller. In addition, it plays a role of delivering policy on session used by subscriber.
  • the SDN controller presented herein serves to receive the service requirement, the state information of the SF, information about the subscriber and the session, and calculate an optimal SFP based on the received information.
  • SFP is a virtual path (eg, Optimizer3-NAT2-FW1) in which specific SFs are configured to provide network services.
  • routing information is transmitted through the interface between the SDN controller and the service function forwarder (SFF) to configure the routing table of the SFF.
  • SFF service function forwarder
  • the classifier ie, P-GW or TDF
  • the classifier determines which SFC the packet corresponds to and matches the corresponding network service header. Is added to the IP packet. Therefore, the packet is delivered to the final destination on the Internet after receiving the network service through the SF.
  • FIG 9 is an exemplary view showing an optimization method according to the disclosure of the present specification.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method for finding an optimal SFP using the requirements of the wireless mobile communication traffic and the network state of the (S) Gi-LAN.
  • the optimal SFP is divided into one master problem and i slave problems corresponding to i service flows. Both algorithms are driven by the SDN controller.
  • the master problem solving unit calculates the routing of the entire network and collects and manages information such as network topology information (link, switch information, SF usage information), and the like. Based on this, a virtual map for a secondary problem corresponding to each service flow is generated.
  • network topology information link, switch information, SF usage information
  • the secondary problem solving unit finds an optimal SF set among SFC candidates corresponding to each service flow.
  • the optimal SFP is found through the dynamic programming technique of the virtual map received from the master problem solver.
  • the optimal SFP found by the auxiliary problem solving unit is transferred back to the master problem solving unit.
  • the master problem solver updates a physical map based on the optimal SFP set.
  • the master problem solver obtains physical map information and service request information.
  • the physical map information is information for generating a routing table of (S) Gi-LAN, and SF information obtained from the SF management unit, usage information of the corresponding SF, and network information obtained from an SDN protocol (eg, OpenFlow). link bandwidth, delay parameter etc.).
  • SDN protocol eg, OpenFlow
  • the service request information is information on a service flow and includes service requirement obtained from OSS / BSS, subscriber class information from PCRF, network policy information, and the like.
  • the master problem solver performs and maintains routing in (S) Gi-LAN based on the physical map.
  • the master problem solver generates a virtual map corresponding to a service flow based on the service request information.
  • the virtual map includes a set of selectable sets for each chain element of an SFC (eg, FW-IDS-LB) required by each service flow.
  • the first auxiliary problem solving unit of the i auxiliary problem solving units may find an optimal SFP based on the virtual map 1 received from the master problem solving unit.
  • the first auxiliary problem solver finds an optimal set of candidate SFs in consideration of requirements (eg, bandwidth, delay, etc.) and network policy of each service flow. This set is the optimal SFP.
  • the first auxiliary problem solver delivers the optimal SFP to the master problem solver.
  • the master problem solver updates a physical map (eg, SF usage, available bandwidth) based on the optimal SFP information acquired from the secondary problem solver and generates a virtual map 2 for the second secondary problem solver based on the optimal SFP information. .
  • a physical map eg, SF usage, available bandwidth
  • the flow of packets sent from the UE is directed to the SFs in the data center.
  • the classifier classifies the packet, determines which SFC is suitable, adds a header to the packet, and delivers the data to the SGi-LAN data center.
  • Each SFF looks at its header to determine which link to forward. For example, when five services are operated in the network of FIG. 10 (services A, B, C, D, and E), each data center operates a part of F1, F2, F3, F4, and F5.
  • the packet flow is delivered to data center 2 or data center 3 for service at F3.
  • the number displayed on each link means the number of services that the link can accommodate.
  • the SFP there are service requests A, B, C, D, and E.
  • the service E becomes incapable of accepting the service due to lack of bandwidth.
  • the master problem solver of the SDN controller selects a competitor and selects service B and service C, which are competitors of unacceptable service E, and among the competitors, the priority of service C and unacceptable service E, which is in the lower priority order. Change. After the change, the result of performing the solution for the master problem and the solution for the auxiliary problem is that service C is also unacceptable.
  • the SFP can be configured to accommodate all five services.
  • FIG. 11 is a structural diagram of network virtualization shown in FIG. 9 and a modification of its operation.
  • the SDN controller is present in the EPC and includes a monitoring unit, a chain generator (CG), and an SFP optimizer.
  • the monitoring unit monitors the state of the network (eg, the state of the switch and the SF, the state of the link, and the state of the queue).
  • the chain generation unit CG generates an SFC corresponding to each service based on the obtained policies.
  • the SFP optimizer generates an optimal SFP based on a given SFC.
  • Such an SFP optimizer includes a master problem solver and an auxiliary problem solver illustrated in FIG. 9.
  • the monitoring unit of the SDN controller collects network information (switch state, link bandwidth information, queue information, etc.) from each switch (SFF) in the (S) Gi-LAN.
  • the monitoring unit of the SDN controller generates network policy information based on the collected information and transmits the network policy information to the chain generation unit CG in the SDN controller.
  • OSS / BSS delivers OSS policy information and the requirements of the service to the chain generation unit (CG) of the SDN controller.
  • the PCRF similarly transmits user policy information based on subscriber information to the chain generation unit CG of the SDN controller.
  • the chain generation unit (CG) of the SDN controller generates an SFC suitable for a corresponding service based on the received policies and delivers the SFC to the SFP optimizer in the SDN controller.
  • the SFP optimizer of the SDN controller finds an optimal SF set based on the obtained SFC and generates an optimal SFP.
  • the optimal SFP is delivered to a classifier and SFFs to update the routing table.
  • i) changes in requirements over time zones ii) changes in requirements over time zones and subscriber information, and iii) changes in requirements for low-priority services based on network conditions (when excessive load is detected).
  • a change procedure of the SFP is required.
  • FIG. 13 shows an example of SFP change in response to a request of OSS / BSS.
  • the OSS / BSS changes a service function that a service provider defines to be performed, or between service functions. If the priority of and change the SF accordingly, the service chain request message can be sent to the chain generation unit (CG) in the SDN controller.
  • CG chain generation unit
  • the chain generation unit CG of the SDN controller generates a new SFC by reflecting the changed policy information in the existing information.
  • the chain generation unit CG of the SDN controller transfers the updated SFP to the SFP optimizer.
  • the SFP optimizer finds an optimal SF set based on the obtained SFC and generates an optimal SFP.
  • the optimal SFP is delivered to a classifier and SFFs to update the routing table.
  • FIG. 14 shows an example of an SFP change in response to a request of a PCRF.
  • a policy of a PCRF when a policy of a PCRF is changed (for example, when the total amount of data of a specific service available to a subscriber is exceeded or when the available time of a specific service is changed, the user pays for additional use). If service is resumed temporarily and then the policy for the subscriber is changed, etc.) or if the information that can be collected / processed by the PCRF changes, the PCRF sends a chain change request message to request a change to the SFC. It can be delivered to the chain generation unit (CG) of the SDN controller.
  • CG chain generation unit
  • the chain generation unit CG of the SDN controller generates a new SFC by reflecting the changed policy information in the existing information.
  • the chain generation unit CG of the SDN controller transfers the updated SFP to the SFP optimizer.
  • the SFP optimizer finds an optimal SF set based on the obtained SFC and generates an optimal SFP.
  • the optimal SFP is delivered to a classifier and SFFs to update the routing table.
  • the SFF when a network state is changed (eg, when omission of a specific service function is required for a service having a low priority according to excessive load detection), the SFF sends a chain change request message to the chain generation unit of the SDN controller. (CG) can be delivered.
  • CG chain generation unit of the SDN controller.
  • the chain generation unit CG of the SDN controller generates a new SFC by reflecting the changed policy information in the existing information.
  • the chain generation unit CG of the SDN controller transfers the updated SFP to the SFP optimizer.
  • the SFP optimizer finds an optimal SF set based on the obtained SFC and generates an optimal SFP.
  • the optimal SFP is delivered to a classifier and SFFs to update the routing table.
  • a method for finding an optimal SFP in consideration of the state of a network in a wireless mobile communication network is proposed.
  • a hierarchical solution is proposed that considers network conditions and reduces complexity.
  • it is possible to interwork with various routing techniques according to network policy.
  • It is also possible to find the optimal SFP for each service according to the requirements of each service (delay sensitive or BW sensitive).
  • 16 is a block diagram illustrating a classifier 530 and an SDN controller 600 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the classifier 530 includes a storage unit 531, a controller 532, and a transceiver 533.
  • the SDN controller 600 includes a storage means 601, a controller 602, and a transceiver 603.
  • the storage means 531, 601 store the method described above.
  • the controllers 532 and 602 control the storage means 531 and 601 and the transceivers 533 and 603. Specifically, the controllers 532, 602 execute the methods stored in the storage means 531, 601, respectively. The controllers 532 and 602 transmit the aforementioned signals through the transceivers 533 and 603.

Landscapes

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Abstract

본 명세서의 일 개시는 네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능(SF)들에 대한 최적 경로를 산출하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보, 세션 정책 정보, SF의 상태 정보에 기초하여, SF들을 순서화한 서비스 기능 체인(SFC)을 생성하는 단계와; 상기 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 서비스 기능 경로(SFP)을 산출하는 단계와; 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보, 세션 정책 정보 및 상기 SF의 상태 정보 중 어느 하나가 변경되는 경우, 상기 SFP를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능들에 대한 최적 경로를 산출하는 방안
본 발명은 이동통신 네트워크의 가상화에 관한 것이다.
이동통신 시스템의 기술 규격을 제정하는 3GPP에서는 4세대 이동통신과 관련된 여러 포럼들 및 새로운 기술에 대응하기 위하여, 2004년 말경부터 3GPP 기술들의 성능을 최적화 시키고 향상시키려는 노력의 일환으로 LTE/SAE(Long Term Evolution/System Architecture Evolution) 기술에 대한 연구를 시작하였다.
3GPP SA WG2을 중심으로 진행된 SAE는 3GPP TSG RAN의 LTE 작업과 병행하여 네트워크의 구조를 결정하고 이 기종 망간의 이동성을 지원하는 것을 목적으로 하는 망 기술에 관한 연구이며, 최근 3GPP의 중요한 표준화 이슈들 중 하나이다. 이는 3GPP 시스템을 IP 기반으로 하여 다양한 무선 접속 기술들을 지원하는 시스템으로 발전 시키기 위한 작업으로, 보다 향상된 데이터 전송 능력으로 전송 지연을 최소화 하는, 최적화된 패킷 기반 시스템을 목표로 작업이 진행되어 왔다.
3GPP SA WG2에서 정의한 EPS(Evolved Packet System) 상위 수준 참조 모델(reference 모드l)은 비로밍 케이스(non-roaming case) 및 다양한 시나리오의 로밍 케이스(roaming case)를 포함하고 있으며, 상세 내용은 3GPP 표준문서 TS 23.401과 TS 23.402에서 참조할 수 있다. 도 1의 네트워크 구조도는 이를 간략하게 재구성 한 것이다.
도 1은 진화된 이동 통신 네트워크의 구조도이다.
EPC는 다양한 구성요소들을 포함할 수 있으며, 도 1에서는 그 중에서 일부에 해당하는, S-GW(Serving Gateway)(52), PDN GW(Packet Data Network Gateway)(53), MME(Mobility Management Entity)(51), SGSN(Serving GPRS(General Packet Radio Service) Supporting Node), ePDG(enhanced Packet Data Gateway)를 도시한다.
S-GW(52)는 무선 접속 네트워크(RAN)와 코어 네트워크 사이의 경계점으로서 동작하고, eNodeB(22)와 PDN GW(53) 사이의 데이터 경로를 유지하는 기능을 하는 요소이다. 또한, 단말(또는 User Equipment : UE)이 eNodeB(22)에 의해서 서빙(serving)되는 영역에 걸쳐 이동하는 경우, S-GW(52)는 로컬 이동성 앵커 포인트(anchor point)의 역할을 한다. 즉, E-UTRAN(3GPP 릴리즈-8 이후에서 정의되는 Evolved-UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) Terrestrial Radio Access Network) 내에서의 이동성을 위해서 S-GW(52)를 통해서 패킷들이 라우팅될 수 있다. 또한, S-GW(52)는 다른 3GPP 네트워크(3GPP 릴리즈-8 전에 정의되는 RAN, 예를 들어, UTRAN 또는 GERAN(GSM(Global System for Mobile Communication)/EDGE(Enhanced Data rates for Global Evolution) Radio Access Network)와의 이동성을 위한 앵커 포인트로서 기능할 수도 있다.
PDN GW(또는 P-GW)(53)는 패킷 데이터 네트워크를 향한 데이터 인터페이스의 종료점(termination point)에 해당한다. PDN GW(53)는 정책 집행 특징(Policy enforcement features), 패킷 필터링(packet filtering), 과금 지원(charging support) 등을 지원할 수 있다. 또한, 3GPP 네트워크와 비-3GPP 네트워크(예를 들어, I-WLAN(Interworking Wireless Local Area Network)과 같은 신뢰되지 않는 네트워크, CDMA(Code Division Multiple Access) 네트워크나 WiMax와 같은 신뢰되는 네트워크)와의 이동성 관리를 위한 앵커 포인트 역할을 할 수 있다.
도 1의 네트워크 구조의 예시에서는 S-GW(52)와 PDN GW(53)가 별도의 게이트웨이로 구성되는 것을 나타내지만, 두 개의 게이트웨이가 단일 게이트웨이 구성 옵션(Single Gateway 설정 Option)에 따라 구현될 수도 있다.
MME(51)는, UE의 네트워크 연결에 대한 액세스, 네트워크 자원의 할당, 트래킹(tracking), 페이징(paging), 로밍(roaming) 및 핸드오버 등을 지원하기 위한 시그널링 및 제어 기능들을 수행하는 요소이다. MME(51)는 가입자 및 세션 관리에 관련된 제어 평면(control plane) 기능들을 제어한다. MME(51)는 수많은 eNodeB(22)들을 관리하고, 다른 2G/3G 네트워크에 대한 핸드오버를 위한 종래의 게이트웨이의 선택을 위한 시그널링을 수행한다. 또한, MME(51)는 보안 과정(Security Procedures), 단말-대-네트워크 세션 핸들링(Terminal-to-network Session Handling), 유휴 단말 위치결정 관리(Idle Terminal Location Management) 등의 기능을 수행한다.
SGSN은 다른 접속 3GPP 네트워크(예를 들어, GPRS 네트워크, UTRAN/GERAN)에 대한 사용자의 이동성 관리 및 인증(authentication)과 같은 모든 패킷 데이터를 핸들링한다.
ePDG는 신뢰되지 않는 비-3GPP 네트워크(예를 들어, I-WLAN, WiFi 핫스팟(hotspot) 등)에 대한 보안 노드로서의 역할을 한다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, IP 능력을 가지는 단말(또는 UE)은, 3GPP 액세스는 물론 비-3GPP 액세스 기반으로도 EPC 내의 다양한 요소들을 경유하여 사업자(즉, 오퍼레이터(operator))가 제공하는 IP 서비스 네트워크(예를 들어, IMS)에 액세스할 수 있다.
또한, 도 1에서는 다양한 레퍼런스 포인트들(예를 들어, S1-U, S1-MME 등)을 도시한다. 3GPP 시스템에서는 E-UTRAN 및 EPC의 상이한 기능 개체(functional entity)들에 존재하는 2 개의 기능을 연결하는 개념적인 링크를 레퍼런스 포인트(reference point)라고 정의한다. 다음의 표 1은 도 1에 도시된 레퍼런스 포인트를 정리한 것이다. 표 1의 예시들 외에도 네트워크 구조에 따라 다양한 레퍼런스 포인트들이 존재할 수 있다.
표 1
레퍼런스 포인트 설명
S1-MME E-UTRAN와 MME 간의 제어 평면 프로토콜에 대한 레퍼런스 포인트(Reference point for the control plane protocol between E-UTRAN and MME)
S1-U 핸드오버 동안 eNB 간 경로 스위칭 및 베어러 당 사용자 평면 터널링에 대한 E-UTRAN와 SGW 간의 레퍼런스 포인트(Reference point between E-UTRAN and Serving GW for the per bearer user plane tunnelling and inter eNodeB path switching during handover)
S3 유휴(Idle) 및/또는 활성화 상태에서 3GPP 액세스 네트워크 간 이동성에 대한 사용자 및 베어러 정보 교환을 제공하는 MME와 SGSN 간의 레퍼런스 포인트. 이 레퍼런스 포인트는 PLMN-내 또는 PLMN-간(예를 들어, PLMN-간 핸드오버의 경우)에 사용될 수 있음)(It enables user and bearer information exchange for inter 3GPP access network mobility in Idle 및/또는 active state. This reference point can be used intra-PLMN 또는 inter-PLMN(예컨대, in the case of Inter-PLMN HO).)
S4 GPRS 코어와 SGW의 3GPP 앵커 기능 간의 관련 제어 및 이동성 지원을 제공하는 SGW와 SGSN 간의 레퍼런스 포인트. 또한, 직접 터널이 수립되지 않으면, 사용자 평면 터널링을 제공함(It provIdes related control and mobility support between GPRS Core and the 3GPP Anchor function of Serving GW. In addition, if Direct Tunnel is not established, it provides the user plane tunnelling.)
S5 SGW와 PDN GW 간의 사용자 평면 터널링 및 터널 관리를 제공하는 레퍼런스 포인트. UE 이동성으로 인해, 그리고 요구되는 PDN 연결성을 위해서 SGW가 함께 위치하지 않은 PDN GW로의 연결이 필요한 경우, SGW 재배치를 위해서 사용됨(It provides user plane tunnelling and tunnel management between Serving GW and PDN GW. It is used for Serving GW relocation due to UE mobility and if the Serving GW needs to connect to a non-collocated PDN GW for the required PDN connectivity.)
S11 MME와 SGW 간의 레퍼런스 포인트
SGi PDN GW와 PDN 간의 레퍼런스 포인트. PDN은, 오퍼레이터 외부 공용 또는 사설 PDN이거나 예를 들어, IMS 서비스의 제공을 위한 오퍼레이터-내 PDN일 수 있음. 이 레퍼런스 포인트는 3GPP 액세스의 Gi에 해당함(It is the reference point between the PDN GW and the packet data network. Packet data network may be an operator external public 또는 private packet data network 또는 an intra operator packet data network, 예컨대, for provision of IMS services. This reference point corresponds to Gi for 3GPP accesses.)
도 1에 도시된 레퍼런스 포인트 중에서 S2a 및 S2b는 비-3GPP 인터페이스에 해당한다. S2a는 신뢰되는 비-3GPP 액세스 및 PDN GW 간의 관련 제어 및 이동성 지원을 사용자 평면에 제공하는 레퍼런스 포인트이다. S2b는 ePDG 및 PDNGW 간의 관련 제어 및 이동성 지원을 사용자 평면에 제공하는 레퍼런스 포인트이다.
도 2는 일반적으로 E-UTRAN과 일반적인 EPC의 주요 노드의 기능을 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, eNodeB(20)는 RRC(Radio Resource Control) 연결이 활성화되어 있는 동안 게이트웨이로의 라우팅, 페이징 신호의 스케줄링 및 전송, 브로드캐스터 채널(BCH)의 스케줄링 및 전송, 상향링크 및 하향링크에서의 자원을 UE에게 동적 할당, eNodeB(20)의 측정을 위한 설정 및 제공, 무선 베어러 제어, 무선 허가 제어(radio admission control), 그리고 연결 이동성 제어 등을 위한 기능을 수행할 수 있다. EPC 내에서는 페이징 발생, LTE_IDLE 상태 관리, 사용자 평면이 암호화, EPS 베어러 제어, NAS 시그널링의 암호화 및 무결성 보호 기능을 수행할 수 있다.
도 3는 UE과 eNodeB 사이의 제어 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸 예시도이고, 도 4는 단말과 기지국 사이에 사용자 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸 다른 예시도이다.
상기 무선인터페이스 프로토콜은 3GPP 무선접속망 규격을 기반으로 한다. 상기 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical 계층), 데이터링크계층(Data Link 계층) 및 네트워크계층(Network 계층)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터정보 전송을 위한 사용자평면(User Plane)과 제어신호(Signaling)전달을 위한 제어평면(Control Plane)으로 구분된다.
상기 프로토콜 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호접속(Open System Interconnection; OSI) 기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1계층), L2(제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있다.
이하에서, 상기 도 3에 도시된 제어 평면의 무선프로토콜과 도 4에 도시된 사용자 평면에서의 무선 프로토콜의 각 계층을 설명한다.
제1 계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 상기 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송 채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 상기 전송 채널을 통해 매체접속제어계층과 물리계층 사이의 데이터가 전달된다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 전달된다.
물리채널(Physical Channel)은 시간축 상에 있는 여러 개의 서브프레임과 주파수축상에 있는 여러 개의 서브 캐리어(Sub-carrier)로 구성된다. 여기서, 하나의 서브프레임(Sub-frame)은 시간 축 상에 복수의 심볼(Symbol)들과 복수의 서브 캐리어들로 구성된다. 하나의 서브프레임은 복수의 자원블록(Resource Block)들로 구성되며, 하나의 자원블록은 복수의 심볼(Symbol)들과 복수의 서브캐리어들로 구성된다. 데이터가 전송되는 단위시간인 TTI(Transmission Time Interval)는 1개의 서브프레임에 해당하는 1ms이다.
상기 송신측과 수신측의 물리계층에 존재하는 물리 채널들은 3GPP LTE에 따르면, 데이터 채널인 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)와 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 및 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)로 나눌 수 있다.
서브프레임의 첫번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PCFICH는 서브프레임내에서 제어채널들의 전송에 사용되는 OFDM 심벌의 수(즉, 제어영역의 크기)에 관한 CFI(control format indicator)를 나른다. 무선기기는 먼저 PCFICH 상으로 CFI를 수신한 후, PDCCH를 모니터링한다.
PDCCH와 달리, PCFICH는 블라인드 디코딩을 사용하지 않고, 서브프레임의 고정된 PCFICH 자원을 통해 전송된다.
PHICH는 UL HARQ(hybrid automatic repeat request)를 위한 ACK(positive-acknowledgement)/NACK(negative-acknowledgement) 신호를 나른다. 무선기기에 의해 전송되는 PUSCH 상의 UL(uplink) 데이터에 대한 ACK/NACK 신호는 PHICH 상으로 전송된다.
PBCH(Physical Broadcast Channel)은 무선 프레임의 첫번째 서브프레임의 두번째 슬롯의 앞선 4개의 OFDM 심벌에서 전송된다. PBCH는 무선기기가 기지국과 통신하는데 필수적인 시스템 정보를 나르며, PBCH를 통해 전송되는 시스템 정보를 MIB(master information block)라 한다. 이와 비교하여, PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH 상으로 전송되는 시스템 정보를 SIB(system information block)라 한다.
PDCCH는 DL-SCH(downlink-shared channel)의 자원 할당 및 전송 포맷, UL-SCH(uplink shared channel)의 자원 할당 정보, PCH 상의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상으로 전송되는 랜덤 액세스 응답과 같은 상위 계층 제어 메시지의 자원 할당, 임의의 UE 그룹 내 개별 UE들에 대한 전송 파워 제어 명령의 집합 및 VoIP(voice over internet protocol)의 활성화 등을 나를 수 있다. 복수의 PDCCH가 제어 영역 내에서 전송될 수 있으며, 단말은 복수의 PDCCH를 모니터링 할 수 있다. PDCCH는 하나 또는 몇몇 연속적인 CCE(control channel elements)의 집합(aggregation) 상으로 전송된다. CCE는 무선채널의 상태에 따른 부호화율을 PDCCH에게 제공하기 위해 사용되는 논리적 할당 단위이다. CCE는 복수의 자원 요소 그룹(resource element group)에 대응된다. CCE의 수와 CCE들에 의해 제공되는 부호화율의 연관 관계에 따라 PDCCH의 포맷 및 가능한 PDCCH의 비트수가 결정된다.
PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 다운링크 제어정보(downlink control information, DCI)라고 한다. DCI는 PDSCH의 자원 할당(이를 DL 그랜트(downlink grant)라고도 한다), PUSCH의 자원 할당(이를 UL 그랜트(uplink grant)라고도 한다), 임의의 UE 그룹내 개별 UE들에 대한 전송 파워 제어 명령의 집합 및/또는 VoIP(Voice over Internet Protocol)의 활성화를 포함할 수 있다.
제2계층에는 여러 가지 계층이 존재한다. 먼저 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층은 다양한 논리채널(Logical Channel)을 다양한 전송채널에 매핑시키는 역할을 하며, 또한 여러 논리채널을 하나의 전송채널에 매핑시키는 논리채널 다중화(Multiplexing)의 역할을 수행한다. MAC 계층은 상위계층인 RLC 계층과는 논리채널(Logical Channel)로 연결되어 있으며, 논리채널은 크게 전송되는 정보의 종류에 따라 제어평면(Control Plane)의 정보를 전송하는 제어채널(Control Channel)과 사용자평면(User Plane)의 정보를 전송하는 트래픽채널(Traffic Channel)로 나뉜다.
제2계층의 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층은 상위계층으로부터 수신한 데이터를 분할(Segmentation) 및 연결(Concatenation)하여 하위계층이 무선 구간으로 데이터를 전송하기에 적합하도록 데이터 크기를 조절하는 역할을 수행한다. 또한, 각각의 무선베어러(Radio Bearer; RB)가 요구하는 다양한 QoS를 보장할 수 있도록 하기 위해 TM(Transparent 모드, 투명모드), UM(Un-acknowledged 모드, 무응답모드), 및 AM(Acknowledged 모드, 응답모드)의 세가지 동작 모드를 제공하고 있다. 특히, AM RLC는 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 자동 반복 및 요청(Automatic Repeat and Request; ARQ) 기능을 통한 재전송 기능을 수행하고 있다.
제2계층의 패킷데이터수렴(Packet Data Convergence Protocol; PDCP) 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더압축(Header Compression) 기능을 수행한다. 이는 데이터의 헤더(Header) 부분에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송효율을 증가시키는 역할을 한다. 또한, LTE 시스템에서는 PDCP 계층이 보안(Security) 기능도 수행하는데, 이는 제 3자의 데이터 감청을 방지하는 암호화(Ciphering)와 제 3자의 데이터 조작을 방지하는 무결성 보호(Integrity protection)로 구성된다.
제3 계층의 가장 상부에 위치한 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함) 계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선베어러(Radio Bearer; RB라 약칭함)들의 설정(설정), 재설정(Re-설정) 및 해제(Release)와 관련되어 논리 채널, 전송 채널 및 물리 채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 E-UTRAN간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다.
상기 단말의 RRC와 무선망의 RRC계층 사이에 RRC 연결(RRC connection)이 있을 경우, 단말은 RRC연결상태(Connected 모드)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC휴지상태(Idle 모드)에 있게 된다.
이하 단말의 RRC 상태(RRC state)와 RRC 연결 방법에 대해 설명한다. RRC 상태란 단말의 RRC가 E-UTRAN의 RRC와 논리적 연결(logical connection)이 되어 있는가 아닌가를 말하며, 연결되어 있는 경우는 RRC_CONNECTED 상태(state), 연결되어 있지 않은 경우는 RRC_IDLE 상태라고 부른다. RRC_CONNECTED 상태의 단말은 RRC 연결이 존재하기 때문에 E-UTRAN은 해당 단말의 존재를 셀 단위에서 파악할 수 있으며, 따라서 단말을 효과적으로 제어할 수 있다. 반면에 RRC_IDLE 상태의 단말은 E-UTRAN이 단말의 존재를 파악할 수는 없으며, 셀 보다 더 큰 지역 단위인 TA(Tracking Area) 단위로 핵심망이 관리한다. 즉, RRC_IDLE 상태의 단말은 셀에 비하여 큰 지역 단위로 해당 단말의 존재여부만 파악되며, 음성이나 데이터와 같은 통상의 이동통신 서비스를 받기 위해서는 해당 단말이 RRC_CONNECTED 상태로 천이하여야 한다. 각 TA는 TAI(Tracking area identity)를 통해 구분된다. 단말은 셀에서 방송(broadcasting)되는 정보인 TAC(Tracking area code)를 통해 TAI를 구성할 수 있다.
사용자가 단말의 전원을 맨 처음 켰을 때, 단말은 먼저 적절한 셀을 탐색한 후 해당 셀에서 RRC 연결을 맺고, 핵심망에 단말의 정보를 등록한다. 이 후, 단말은 RRC_IDLE 상태에 머무른다. RRC_IDLE 상태에 머무르는 단말은 필요에 따라서 셀을(재)선택하고, 시스템 정보(System information)나 페이징 정보를 살펴본다. 이를 셀에 캠프 온(Camp on) 한다고 한다. RRC_IDLE 상태에 머물러 있던 단말은 RRC 연결을 맺을 필요가 있을 때 비로소 RRC 연결 과정(RRC connection procedure)을 통해 E-UTRAN의 RRC와 RRC 연결을 맺고 RRC_CONNECTED 상태로 천이한다. RRC_IDLE 상태에 있던 단말이 RRC 연결을 맺을 필요가 있는 경우는 여러 가지가 있는데, 예를 들어 사용자의 통화 시도 등의 이유로 상향 데이터 전송이 필요하다거나, 아니면 E-UTRAN으로부터 페이징 신호를 수신한 경우 이에 대한 응답 메시지 전송 등을 들 수 있다.
상기 RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management)등의 기능을 수행한다.
아래는 도 3에 도시된 NAS 계층에 대하여 상세히 설명한다.
NAS 계층에 속하는 ESM(Evolved Session Management)은 Default Bearer 관리, Dedicated Bearer관리와 같은 기능을 수행하여, 단말이 망으로부터 PS서비스를 이용하기 위한 제어를 담당한다. Default Bearer 자원은 특정 Packet Data Network(PDN)에 최초 접속 할 시에 망에 접속될 때 망으로부터 할당 받는다는 특징을 가진다. 이때, 네트워크는 단말이 데이터 서비스를 사용할 수 있도록 단말이 사용 가능한 IP 주소를 할당하며, 또한 default bearer의 QoS를 할당해준다. LTE에서는 크게 데이터 송수신을 위한 특정 대역폭을 보장해주는 GBR(Guaranteed bit rate) QoS 특성을 가지는 bearer와 대역폭의 보장 없이 Best effort QoS 특성을 가지는 Non-GBR bearer의 두 종류를 지원한다. Default bearer의 경우 Non-GBR bearer를 할당 받는다. Dedicated bearer의 경우에는 GBR또는 Non-GBR의 QoS특성을 가지는 bearer를 할당 받을 수 있다.
네트워크에서 단말에게 할당한 bearer를 EPS(evolved packet service) bearer라고 부르며, EPS bearer를 할당 할 때 네트워크는 하나의 ID를 할당하게 된다. 이를 EPS Bearer ID라고 부른다. 하나의 EPS bearer는 MBR(maximum bit rate) 와 GBR(guaranteed bit rate) 또는 AMBR(Aggregated maximum bit rate) 의 QoS 특성을 가진다.
한편, 도 3에서 NAS 계층 아래에 위치하는 RRC 계층, RLC 계층, MAC 계층, PHY 계층을 묶어서 액세스 계층(Access Stratum: AS)이라고 부르기도 한다.
한편, 향후에는 코어 네트워크 상의 엔티티(예컨대 S-GW, MME, P-GW) 등을 가상 머신(VM)을 통해 가상화하는 것이 논의 중이다. 구체적으로, 하드웨어(Hardware: HW)의 집합인 하드웨어 리소스 풀(resource pool) 상에 가상 머신을 구동하여, VNF(virtual network function)/SF(service function), 즉 가상의 기지국(virtual base station: VBS), S-GW, MME, P-GW 등을 운용하는 방안이 논의중이다.
또한, 방화벽(firewall: FW), 로드 밸런서(load balancer), 옵티마이저(optimizer) 등과 같은 네트워크 엔티티를 가상 머신을 통해 가상화하는 방안이 논의중이다.
이와 같이 가상화를 통해 소프트웨어적으로 정의되는 네트워크를 SDN(Software Defined Networking)이라고 한다.
그러나, 현재까지 이와 같이 가상화된 네트워크의 아키텍처에 대해서 구체적으로 제시되고 있지 않다. 또한, 특정 네트워크 노드가 가상화된 서비스 기능(SF)이 복수개 존재할 때, 트래픽의 처리를 위한 최적의 경로를 찾는 방안이 현재까지 제시되어 있지 않다.
따라서, 본 명세서의 일 개시는 전술한 문제점을 해결할 수 있는 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 개시는 네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능(SF)들에 대한 최적 경로를 산출하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보, SF의 상태 정보에 기초하여, SF들을 순서화한 서비스 기능 체인(SFC)을 생성하는 단계와; 상기 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 서비스 기능 경로(SFP)을 산출하는 단계와; 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보 및 상기 SF의 상태 정보 중 어느 하나가 변경되는 경우, 상기 SFP를 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보를 PCRF(Policy and Charging Rule Function)로부터 수신하는 단계와; 상기 SF의 상태 정보를 SF 관리부로부터 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 서비스 요구 사항을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 SFC는 상기 서비스 요구 사항을 고려하여 생성될 수 있다.
상기 방법은 상기 SFP를 SFF(service function forward)와 분류기(classifier)로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 분류기는 P-GW(Packet Data Network-Gateway)일 수 잇다.
상기 SF는 가상화된 방화벽, 가상화된 옵티마이저, 가상화된 NAT(Network Address Translator), 가상화된 로드 밸런서(load balancer) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 SFC는 상기 가상화된 방화벽, 옵티마이저, NAT, 로드 밸런서 중 하나 이상의 순서를 정의할 수 있다. 상기 SFP는 가상화된 복수의 방화벽, 가상화된 복수의 옵티마이저, 가상화된 복수의 NAT, 가상화된 복수의 로드 밸런서 중 특정한 세트를 정의할 수 있다.
상기 단계들은 SDN(software defined networking) 컨트롤러에 의해서 수행될 수 있다. 상기 SDN 컨트롤러는 상기 SF의 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 상기 SFC를 생성하는 체인 생성부와; 상기 최적의 SFP를 산출하는 SFP 옵티마이저를 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 개시는 네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능(SF)들에 대한 최적 경로를 산출하는 SDN(software defined networking) 컨트롤러를 제공한다. 상기 SDN 컨트롤러는 상기 SF의 상태를 모니터링하는 모니터링부와; 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보, 상기 SF의 상태 정보에 기초하여, SF들을 순서화한 서비스 기능 체인(SFC)을 생성하는 체인 생성부와; 상기 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 서비스 기능 경로(SFP)을 산출하는 SFP 옵티마이저를 포함할 수 있다.
본 명세서의 개시에 의하면, 네트워크 노드들이 가상화된 SDN(Software Defined Networking) 환경화에서 서비스 기능(SF)들에 대한 최적 경로를 찾을 수 있는 방안이 제시된다.
도 1은 진화된 이동 통신 네트워크의 구조도이다.
도 2는 일반적으로 E-UTRAN과 일반적인 EPC의 아키텍처를 나타낸 예시도이다.
도 3는 UE과 eNodeB 사이의 제어 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4는 단말과 기지국 사이에 사용자 평면에서의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸 다른 예시도이다.
도 5는 네트워크 가상화에 대한 개념적인 예를 나타낸다.
도 6은 ETSI의 NFV ISG에서의 제안되는 NFVI의 예를 나타낸다.
도 7은 3GPP에서 제안되는 FMSS 구조의 예를 나타낸다.
도 8은 본 명세서의 개시에 따른 네트워크 가상화의 구조도 및 그 동작을 나타낸다.
도 9은 본 명세서의 개시에 따른 최적화 방안을 나타낸 예시도이다.
도 10은 우선순위를 바꿈으로써 마스터 문제와 보조 문제를 해결하는 예를 나타낸다.
도 11은 도 9에 도시된 네트워크 가상화의 구조도 및 그 동작의 변형예이다.
도 12는 SFP 생성의 예시를 나타낸다.
도 13은 OSS/BSS의 요청에 따른 SFP 변경의 예시를 나타낸다.
도 14는 PCRF의 요청에 따른 SFP 변경의 예시를 나타낸다.
도 15는 SFF의 요청에 따른 SFP 변경의 예시를 나타낸다.
도 16는 본 발명의 실시예에 따른 분류기(530) 및 SDN 컨트롤러(600) 의 구성 블록도이다.
본 발명은 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 및 EPC(Evolved Packet Core)를 기준으로 설명되나, 본 발명은 이러한 통신 시스템에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 통신 시스템 및 방법에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, 구성된다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
첨부된 도면에서는 예시적으로 UE(User Equipment)가 도시되어 있으나, 도시된 상기 UE는 단말(Terminal), ME(Mobile Equipment), 등의 용어로 언급될 수 도 있다. 또한, 상기 UE는 노트북, 휴대폰, PDA, 스마트 폰(Smart Phone), 멀티미디어 기기등과 같이 휴대 가능한 기기일 수 있거나, PC, 차량 탑재 장치와 같이 휴대 불가능한 기기일 수 있다.
용어의 정의
이하 도면을 참조하여 설명하기 앞서, 본 발명의 이해를 돕고자, 본 명세서에서 사용되는 용어를 간략하게 정의하기로 한다.
UMTS: Universal Mobile Telecommunication System의 약자로서 3세대 이동통신 네트워크를 의미한다.
UE/MS : User Equipment/Mobile Station, 단말 장치를 의미 함.
EPS: Evolved Packet System의 약자로서, LTE(Long Term Evolution) 네트워크를 지원하는 코어 네트워크를 의미한다. UMTS가 진화된 형태의 네트워크
PDN(Public Data Network) : 서비스를 제공하는 서버가 위치한 독립적인망
PDN-GW(Packet Data Network Gateway) : UE IP address allocation, Packet screening & filtering, Charging data collection 기능을 수행하는 EPS망의 네트워크 노드
Serving GW(Serving Gateway) : 이동성 담당(Mobility anchor), 패킷 라우팅(Packet routing), 유휴 모드 패킷 버퍼링(Idle 모드 packet buffering), Triggering MME to page UE 기능을 수행하는 EPS망의 네트워크 노드
PCRF(Policy and Charging Rule Function) : 서비스 flow 별로 차별화된 QoS 및 과금 정책을 동적(dynamic) 으로 적용하기 위한 정책 결정(policy decision)을 수행하는 EPS망의 노드
NodeB: UMTS 네트워크의 기지국으로 옥외에 설치되며, 셀 커버리지 규모는 매크로 셀에 해당한다.
eNodeB: EPS(Evolved Packet System) 의 기지국으로 옥외에 설치되며, 셀 커버리지 규모는 매크로 셀에 해당한다.
(e)NodeB: NodeB와 eNodeB를 지칭하는 용어이다.
MME: Mobility Management Entity의 약자로서, UE에 대한 세션과 이동성을 제공하기 위해 EPS 내에서 각 엔티티를 제어하는 역할을 한다.
세션(Session): 세션은 데이터 전송을 위한 통로로써 그 단위는 PDN, Bearer, IP flow 단위 등이 될 수 있다. 각 단위의 차이는 3GPP에서 정의한 것처럼 대상 네트워크 전체 단위(APN 또는 PDN 단위), 그 내에서 QoS로 구분하는 단위(Bearer 단위), 목적지 IP 주소 단위로 구분할 수 있다.
PDN 연결(connection) : 단말에서 PDN으로의 연결, 즉, ip 주소로 표현되는 단말과 APN으로 표현되는 PDN과의 연관(연결)을 나타낸다. 이는 세션이 형성될 수 있도록 코어 네트워크 내의 엔티티간 연결(단말-PDN GW)을 의미한다.
UE Context : 네크워크에서 UE를 관리하기 위해 사용되는 UE의 상황 정보, 즉, UE id, 이동성(현재 위치 등), 세션의 속성(QoS, 우선순위 등)으로 구성된 상황 정보
NAS(Non-Access-Stratum) : UE와 MME간의 제어 플레인(control plane)의 상위 stratum. UE와 네트워크간의 이동성 관리(Mobility management)와 세션 관리(Session management), IP 주소 관리(IP address maintenance) 등을 지원
PLMN: 공중 육상 통신 망(Public Land Mobile Network)의 약어로서, 사업자의 네트워크 식별번호를 의미한다. UE의 로밍 상황에서 PLMN은 Home PLMN(HPLMN)과 Visited PLMN(VPLMN)으로 구분된다.
VM(Virtual Machine): 가상화 기술에 의해 생성된 가상 컴퓨터
VN(Virtual Network): 다양한 제조사에서 만들어진 네트워크 디바이스들에 SDN 기술을 적용하여 만들어진 가상의 네트워크
SDN(Software Defined Networking): 네트워크 디바이스에 프로그래밍 가능성(programmability)을 부여하기 위해 중앙 제어기(central controller)에서 모든 네트워크 디바이스의 제어 평면(control plane)을 담당하는 기법
SF(Service Function): 네트워크 서비스를 담당하는 컴포넌트 기능으로서 단일 패킷 혹은 트래픽을 처리한다, 해당 컴포넌트는 각 기능에 따른 논리적 개체를 지칭할 뿐, 실제 동작을 위한 인스턴스(instance)는 소프트웨어적으로 공유된 네트워크 자원 혹은 물리적 전용 장비에 탑재 되어 실행되며 단일 서비스 기능에 대해 하나 이상의 인스턴스가 존재할 수 있다.
VNF(Virtual Network Function) 가상 머신에서 운영되는 가상의 네트워크 기능(network function)으로서, 위의 SF과 유사한 의미
SFC(Service Function chain): 수신한 패킷 혹은 트래픽을 어떤 서비스 기능이 어떠한 순서로 처리할 것 인지를 나타내는 논리적 경로, 서비스 체인은 네트워크 서비스 정책에 따라 정의되며, 각 체인은 트래픽 분류(Traffic classification) 기능에 따라 선택된다.
SFP(Service Function Path): 논리적으로 정의된 서비스 체인의 인스턴스를 지칭한다. 논리적 서비스 체인을 실제 네트워크 상의 서비스 기능 인스턴스, 물리적 서비스 노드 등으로 매핑한 결과로서 네트워크 패킷 및 트래픽이 실제 전달되는 경로이다.
ETSI NFV ISG: European Telecommunications Standards Institute Network Function Virtualization Industry Specification Group의 약어이다.
NFV(Network Function Virtualization): 일반 목적의 서버들에 가상화 기술을 사용하여 기존에는 하드웨어로 구현되었던 네트워크 기능(network function)을 가상 머신 위에서 운영하는 기법
NFVI(Network Function Virtualization Infrastructure): 가상 머신과 가상 네트워크를 제공하기 위해 존재하는 프로세서, 메모리, 네트워크, 하이퍼바이저(hypervisor) 등의 모든 인트라스트럭처(infrastructure)
NF(Network Function): 네트워크 관련 서비스들을 담당하는 장비, 예를 들어 옵티마이저(optimizer), 방화벽(firewall), NAT(Network Address Translator), 게이트웨이 등을 지칭한다.
VIM(Virtual Infrastructure Manager): NFVI를 제어 및 관리하는 관리 도메인
VNFC(Virtual Network Function Component): 하나의 VNF를 구성하는 작은 단위의 network function
VNFFG(VNF forwarding graph): 전체적인 네트워크 서비스를 제공하기 위해 구성된 VNF의 체이닝, 실제 플로우가 해당 경로로 지나가게 됨, SFC와 유사한 의미
이하, 도면을 참조하여 본 명세서의 개시에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 네트워크 가상화에 대한 개념적인 예를 나타낸다.
현재, 네트워크를 운영하는 데 있어서 코어 네트워크(예컨대 S-GW, MME, P-GW)와 그외 다른 네트워크 엔티티(예컨대, 방화벽(firewall: FW), 로드 밸런서(load balancer), 옵티마이저(optimizer))와 같이 다양한 네트워크 기능(Network function: NF)들이 사용된다.
그러나, 향후에는 도 5에 도시된 바와 같이, 코어 네트워크 상의 엔티티(예컨대 S-GW, MME, P-GW) 등을 가상 머신(VM)을 통해 가상화할 수 있다. 구체적으로, 하드웨어(Hardware: HW)의 집합인 하드웨어 리소스 풀(resource pool) 상에 가상 머신을 구동하여, VNF(virtual network function)/SF(service function), 즉 가상의 기지국(virtual base station: VBS), S-GW, MME, P-GW 등을 운용할 수 있다.
또한, 방화벽(firewall: FW), 로드 밸런서(load balancer), 옵티마이저(optimizer) 등과 같은 네트워크 엔티티를 가상 머신을 통해 가상화할 수 있다.
기존 네트워크는 소스와 목적지 호스트 간 데이터 전달 경로 상에 네트워크 서비스 기능들이 존재하는 형태이었던 반면, 네트워크 기능 가상화(NFV) 기술이 도입되면 네트워크 서비스 기능이 데이터 전달 경로 상에 존재하는 형태가 아니라 데이터 트래픽이 자신이 필요로 하는 네트워크 서비스 기능이 존재하는 곳을 경유하는 형태로 되게 된다. 이와 같이 특정 서비스를 위해 필요한 서비스 기능들과 이들 간의 적용 순서를 추상화시킨 것이 서비스 기능 체인(Service Function Chain: SFC)’이다.
상기 VNF들/SF들이 연결되는 경로를 VNFFG(virtual network function forwarding graph)/SFP(service function path)이라고 부른다.
이러한 네트워크 기능 가상화(NFV)에 대하여, 여러 다른 이름으로 논의가 진행중이다. 이하 각각에 대해서 설명하기로 한다.
(a) ETSI의 NFV ISG에서의 제안
ETSI(European Telecommunications Standards Institute)의 NFV ISG에서는 유연하고 민첩한 네트워크 서비스를 제공하기 위해 네트워크 기능 가상화 인프라스트럭처(network function virtual infrastructure: NFVI)를 제안하고 있다.
도 6은 ETSI의 NFV ISG에서의 제안되는 NFVI의 예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, NFVI는 네트워크 자원을 가상화하여 만든 가상 네트워크(Virtual Network: VN)들이 배치되어 있는 인트라스트럭처 네트워크 도메인(infrastructure network domain)과 하드웨어 자원(예컨대, CPU/메모리/저장소)들이 배치되어 있는 컴퓨팅 도메인(computing domain)과 하이퍼바이저(hypervisor)를 활용하여 가상 머신(VM)을 생성하는 하이버바이저 도메인(hypervisor domain)을 포함한다.
또한, 도 6을 참조하면, 위 3가지 도메인에 대한 제어 및 관리를 담당하는 가상 인트라스트럭처 관리(Virtual Infrastructure Manager: VIM)이 존재한다. 각 도메인 간에는 인터페이스들에 의해서 서로 연결된다.
이와 같은 구조 하에서, VM과 VN을 활용하여 가상 네트워크 서비스를 제공하는 VNF가 운영될 수 있다.
(b) 3GPP에서 제안되는 FMSS 구조
3GPP에서는 무선이동 통신 트래픽의 SFC를 위하여 유연한 이동 서비스 조정(Flexible Mobile service Steering: FMSS)라는 개념을 제안하고 이를 위한, (s)Gi-LAN에서의 요구사항 및 구조를 제안하고 있다.
도 7은 3GPP에서 제안되는 FMSS 구조의 예를 나타낸다.
3GPP에서는 (s)Gi-LAN에 여러 SF들이 존재할 때 SFC를 위하여 EPC 내부에 존재하는 여러 기능을 활용한다. 특히 PCRF(policy and charging function)로 부터 SFC을 위한 정책을 받게 된다. 이 정책은 사용자의 가입정보, 네트워크 오퍼레이터의 정책 등을 포함한다. 또한, 분류기(Classifier)를 위하여 TDF, PGW 등에 기능을 추가하여 활용한다. 상기 분류기는 P-GW일 수 있다. 3GPP의 표준에서는 이를 위하여 새로운 기능들을 정의하며 이를 지원하기 위하여 새 기능과 인터페이스를 정의한다.
도 7에 도시된 구조는 FMSS를 위한 구조 솔루션 중 하나로 제안되었던 것으로, SCTCF라는 새로운 기능을 추가하여 (s)Gi-LAN에서의 SFC를 지원한다.
이상과 같이, 3GPP에서는 무선 이동 통신 트래픽의 SFC을 위한 간략한 구조만을 제시하고 있다.
그러나, 3GPP에서는 구체적인 구조에 대해서는 제시하고 있지 않다.
또한, 3GPP에서는 트래픽을 조정하는 구체적인 방안에 대해서는 명시하지 않고, 다른 표준 단체에서 제안하는 솔루션이 활용될 수 있다고 하고 있다. 그러나 현재까지, ETSI 및 IETF 등의 표준단체에서는 SFC 실현을 위한 개념에 대해서만 제시하고 있을 뿐이다.
또한, 현재까지는 주어진 SFC에서 최적의 노드 및 경로의 SFP를 찾는 방식에 대한 연구는 부족한 실정이다. 최적의 SFP를 찾는 것은 주어진 송신-수신 쌍에서 경로를 찾는 라우팅 기법과는 달리 여러 SF 를 거치는 경로를 찾아야 하므로 그 복잡도가 라우팅에 비하여 더 높다고 할 수 있다. 또한 동일한 기능을 수행하는 SF가 복수개 존재하는 상황에서, 최적의 SF을 찾는 기법의 복잡도는 매우 크다. 특히 정책의 변화나 SF의 변화, 네트워크의 상태의 변수를 고려할 경우 모든 서비스들에 적절한 QoS를 제공할 수 있는 최적의 SFP들을 찾는 기법에 대한 연구가 부족하다.
<본 명세서의 개시>
따라서, 본 명세서의 개시는 무선 이동 통신망에서 네트워크 상태와 서비스의 요구사항 및 특성을 고려한 최적의 SFC 서비스를 제공하기 위해서 SDN(Software Defined Networking) 컨트롤러의 SFP 최적화 방안을 제안한다.
도 8은 본 명세서의 개시에 따른 네트워크 가상화의 구조도 및 그 동작을 나타낸다.
도 8을 참조하면, EPC(즉, S-GW, P-GW, MME, PCRF 등)와 네트워크 사업자의 SGi-LAN에 배치된 데이터 센터가 존재하는 환경이 나타나 있다. 상기 데이터 센터 내에는 하드웨어 상에서 가상화 기술과 하이퍼바이저를 활용하여 동작하는 SF(예컨대, 옵티마이저, NAT, 방화벽 등)가 존재한다.
도시된 OSS(operations support system)/BSS(business support system)는 네트워크 서비스를 요청하는 서비스 애플리케이션(Application)이나 외부 서비스 관리자(OTT 사업자, 포탈 사업자, CDN 사업자 등)의 서비스 요구 사항을 수용하는 역할을 한다. 이 서비스 요구 사항은 SDN 컨트롤러에 전달되어 최적의 SFP를 산출하는데 사용된다.
SF 관리부는 네트워크 운영자가 갖고 있는 모든 데이터 센터들의 상태 정보와 상기 데이터 센터 내에서 운영되고 있는 SF들의 상태 정보(CPU 점유율, 메모리 사용량)를 SDN 컨트롤러에 전달한다. 상기 SF의 상태 정보는 각각의 데이터 센터의 모니터링 기능에 의해서 수집된다. 각각의 데이터 센터들의 상태 정보는 SDN 컨트롤러가 직접 수집할 수도 있다.
상기 EPC의 PCRF는 무선 이동 통신망을 사용하는 가입자의 정보와 가입자가 어떤 서비스를 쓰는지/쓸 수 있는지에 대한 정보 및 사용자 정책을 SDN 컨트롤러에게 전달하는 역할을 한다. 추가적으로 가입자가 사용하는 세션에 대한 정책을 전달 하는 역할을 한다.
본 명세서에서 제시되는 SDN 컨트롤러는 상기 서비스 요구사항, 상기 SF의 상태 정보, 상기 가입자 및 세션에 대한 정보를 수신하고, 상기 수신한 정보를 바탕으로 최적의 SFP를 산출하는 역할을 한다. SFP는 특정 SF들이 네트워크 서비스를 제공하기 위해 구성된 가상의 경로(예컨대, Optimizer3-NAT2-FW1)이다.
최적의 SFP가 정해지면 SDN 컨트롤러와 SFF(Service Function Forwarder) 간의 인터페이스를 통해 라우팅 정보가 전달되어 SFF의 라우팅 테이블을 설정하게 된다.
무선 이동 통신망의 사용자 단말기의 IP 패킷이 분류기(classifier), 즉P-GW에 전달되면, 상기 분류기(즉, P-GW 혹은 TDF)는 해당 패킷이 어떤 SFC에 해당하는지를 판단하고 일치하는 네트워크 서비스 헤더를 IP 패킷에 첨가한다. 따라서 해당 패킷은 정해진 SF를 거쳐서 네트워크 서비스를 받은 후 인터넷 상의 최종 목적지까지 전달되게 된다.
도 9은 본 명세서의 개시에 따른 최적화 방안을 나타낸 예시도이다.
도 9는 무선이동통신 트래픽의 요구사항과 (S)Gi-LAN의 네트워크 상태를 활용하여 최적의 SFP를 찾는 방안을 도식화한 것이다. 본 명세서에서는 복잡도를 낮추기 위하여, 최적의 SFP를 하나의 마스터 문제(Master problem)와 서비스 플로우 i개에 각각 해당하는 i개의 보조 문제(slave problem)로 나누어 찾도록 한다. 두 알고리즘은 모두 SDN 컨트롤러에 의해서 구동된다.
마스터 문제 해결부는 전체 네트워크의 라우팅을 계산하며, 네트워크의 토폴로지 정보(링크, 스위치 정보, SF의 사용량 정보)등의 정보를 수집 및 관리한다. 이를 바탕으로 각 서비스 플로우에 해당하는 보조 문제를 위한 가상 맵(virtual map)을 생성한다.
보조 문제 해결부는 각 서비스 플로우에 해당하는 SFC 후보 중 최적의 SF 세트를 찾는다. 이를 위하여 상기 마스터 문제 해결부로부터 전달받은 가상 맵을 다이나믹 프로그래밍(dynamic programming) 기법을 통하여 최적의 SFP를 찾게 된다.
상기 보조 문제 해결부가 찾아낸 최적의 SFP를 다시 상기 마스터 문제 해결부로 전달된다. 상기 마스터 문제 해결부는 상기 최적의 SFP 세트에 기반하여 물리 맵을 업데이트한다.
전달되는 정보와 동작에 대해서 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 마스터 문제 해결부는 물리 맵 정보와 서비스 요청 정보를 획득한다. 상기 물리 맵 정보는 (S)Gi-LAN의 라우팅 테이블을 생성하기 위한 정보로서 SF 관리부로부터 획득되는 SF 정보와 해당 SF의 사용량 정보, 그리고 SDN 프로토콜(예컨대, OpenFlow)로 부터 획득되는 네트워크 정보(available link bandwidth, delay parameter etc.)를 포함한다. 상기 서비스 요청 정보는 서비스 플로우에 대한 정보로 OSS/BSS로부터 획득되는 서비스 요구 사항과 PCRF로부터 오는 가입자 클래스 정보, 네트워크 정책 정보 등을 포함한다.
상기 마스터 문제 해결부는 상기 물리 맵을 기초로하여, (S)Gi-LAN 내의 라우팅을 수행하며 이를 유지한다. 그리고, 상기 마스터 문제 해결부는 상기 서비스 요청 정보를 기초로, 서비스 플로우에 해당하는 가상 맵을 생성한다. 상기 가상 맵은 각 서비스 플로우가 요구하는 SFC(예컨대, FW-IDS-LB)의 각 체인 요소로 선정 가능한 세트들의 집합을 포함한다.
i개이 보조 문제 해결부들 중 제1 보조 문제 해결부는 상기 마스터 문제 해결부로부터 전달받은 가상 맵 1을 기반으로 최적의 SFP을 찾게 된다. 이때, 상기 제1 보조 문제 해결부는 각 서비스 플로우의 요구 사항(예컨대, 대역폭, 지연, 등) 및 네트워크 정책 등을 고려하여 각 후보 SF 중 최적의 세트를 찾는다. 이 세트가 최적의 SFP가 된다. 그러면, 상기 제1 보조 문제 해결부는 상기 최적의 SFP를 상기 마스터 문제 해결부로 전달한다.
마스터 문제 해결부는 보조 문제 해결부로부터 회득한 상기 최적의 SFP 정보를 기반으로 물리 맵(예컨대, SF 사용량, 이용가능한 대역폭)을 업데이트하고 이를 바탕으로 제2 보조 문제 해결부를 위한 가상 맵 2를 생성한다.
최종적으로 마지막 보조 문제 해결부가 수행을 완료하면, 모든 서비스 플로우에 대한 최적의 SFP가 선정되게 된다.
만약 용량이 부족하여 모든 SFC 요청들을 처리하지 못할 경우, 수용되지 못한 SFC의 경쟁자를 선정하고 그들간의 우선순위를 바꿈으로써, 최대한 수용하도록 다시 마스터 문제와 보조 문제를 해결할 수 있다.
도 10은 우선순위를 바꿈으로써 마스터 문제와 보조 문제를 해결하는 예를 나타낸다.
예를 들어 데이터 센터들이 도 10과 같이 존재할 때, UE로부터 전송된 패킷의 플로우는 데이터 센터에 있는 SF들로 향한다. 이때, 분류기는 패킷을 분류한 후, 어떤 SFC가 적합한지 정한 후, 해당 패킷에 헤더를 첨가하여, SGi-LAN의 데이터 센터로 전달된다. 각 SFF는 그 헤더를 보고 어느 링크로 전달할지를 결정하게 된다. 예를 들어 도 10의 네트워크에서 5개의 서비스가 운영된다고 할 때 (서비스 A, B, C, D, E) 각 데이터 센터들이 F1, F2, F3, F4, F5의 일부를 운영하고 있다. 특히 패킷 플로우는 F3에서 서비스 받기 위해서 데이터 센터 2 혹은 데이터 센터 3으로 전달된다. 또한 각 링크에 표시된 숫자는 그 링크가 수용할 수 있는 서비스의 개수를 의미한다.
도 10의 오른쪽 첫 번째에 따르면 서비스 요청 A, B, C, D, E가 있으며 순차적으로 SFP를 생성했을 때 서비스 E가 대역폭 부족으로 서비스의 수용이 불가능한 상태가 된다. 이때, 5개 서비스들을 운용하기 위해서 F3에서 서비스 받아야 하는 SFC들을 조정한다면 모든 서비스를 수용할 수 있다. 따라서 SDN 컨트롤러의 마스터 문제 해결부는 경쟁자를 선택하여 수용되지 못한 서비스 E의 경쟁자인 서비스 B와 서비스 C를 선정하고, 그 경쟁자들 중에 낮은 우선순위 순서에 있는 서비스 C와 수용되지 못한 서비스 E의 우선순위를 바꾼다. 바꾼 후, 상기 마스터 문제에 대한 해결 및 상기 보조 문제에 대한 해결을 수행하여 얻은 결과, 역시 서비스 C가 수용되지 못하게 된다. 마지막으로 경쟁자인 서비스 B와 초기에 수용되지 못했던 서비스 B 간의 우선순위를 바꾼 후, 마스터 문제에 대한 해결 및 보조 문제에 대한 해결을 수행하면 5개 서비스가 모두 수용될 수 있는 SFP를 구성하게 된다.
도 11은 도 9에 도시된 네트워크 가상화의 구조도 및 그 동작의 변형예이다.
도 11을 참조하면, SDN 컨트롤러는 EPC 내부에 존재하며, 모니터링부, 체인 생성부(chain generator: CG)와 SFP 옵티마이저를 포함한다.
상기 모니터링부는 네트워크의 상태(예컨대, 스위치 및 SF의 상태, 링크의 상태, 큐의 상태)를 모니터링한다. 상기 체인 생성부(CG)는 획득된 정책들을 기반으로 각 서비스에 해당하는 SFC를 생성한다. 상기 SFP 옵티마이저는 주어진 SFC를 기반으로 최적의 SFP를 생성한다. 이러한 SFP 옵타마이저는 도 9에 도시된 마스터 문제 해결부 및 보조 문제 해결부를 포함한다.
도 12는 SFP 생성의 예시를 나타낸다.
도 12를 참조하면, SDN 컨트롤러의 모니터링부는 (S)Gi-LAN내부의 각 스위치(SFF)들로부터 네트워크 정보(스위치 상태, 링크 대역폭 정보, 큐 정보 등)를 수집한다. 상기 SDN 컨트롤러의 모니터링부는 상기 수집한 정보를 기반으로 네트워크 정책 정보를 생성하여 상기 SDN 컨트롤러 내의 체인 생성부(CG)로 전달한다.
한편, OSS/BSS는 OSS 정책 정보와 해당 서비스의 요구사항을 상기 SDN 컨트롤러의 상기 체인 생성부(CG)에게 전달한다.
또한, PCRF도 마찬가지로 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보를 상기 SDN 컨트롤러의 상기 체인 생성부(CG)에게 전달한다.
상기 SDN 컨트롤러의 상기 체인 생성부(CG)는 상기 수신한 정책들을 기반으로, 해당 서비스에 적합한 SFC을 생성하고, 이를 상기 SDN 컨트롤러 내의 SFP 옵티마이저에게 전달한다
상기 SDN 컨트롤러의 상기 SFP 옵티마이저는 상기 획득한 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 SFP를 생성한다. 그리고, 상기 최적의 SFP를 분류기(classifier) 및 SFF들에게 전달하여 라우팅 테이블을 갱신한다.
한편, 요구사항 변화(policy 정보, 시간대 정보, 가입자 조건, 네트워크 상태 등)에 의하여 체인의 변경이 요구되는 경우, SFP의 변경 절차가 필요하다.
예를 들어, i) 시간대에 따른 요구사항 변경, ii) 시간대 및 가입자정보에 따른 요구사항 변경, iii) 네트워크 상태(과도한 부하 감지 시)에 따라 우선순위가 낮은 서비스에 대한 요구사항 변경이 있는 경우, SFP의 변경 절차가 필요하다.
도 13은 OSS/BSS의 요청에 따른 SFP 변경의 예시를 나타낸다.
도 13을 참조하면, OSS/BSS의 정책 및 요구사항이 변경되거나 서비스 사업자의 요구사항이 변경되는 경우, OSS/BSS는 서비스 사업자가 반드시 수행해야 한다고 정의한 서비스 기능을 변경하거나, 혹은 서비스 기능들 사이의 우선 순위의 변경하고, 그에 따라 SF의 변경이 필요한 경우, 서비스 체인 요청 메시지를 SDN 컨트롤러 내의 체인 생성부(CG)에게 전송할 수 있다.
그러면, 상기 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)는 기존의 정보에 변경된 정책 정보를 반영하여 새로운 SFC를 생성한다.
상기 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)는 상기 갱신된 SFP를 SFP 옵티마이저로 전달한다. 상기 SFP 옵티마이저는 상기 획득한 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 SFP를 생성한다. 그리고, 상기 최적의 SFP를 분류기(classifier) 및 SFF들에게 전달하여 라우팅 테이블을 갱신한다.
도 14는 PCRF의 요청에 따른 SFP 변경의 예시를 나타낸다.
도 14를 참조하면, PCRF의 정책이 변경되는 경우(예컨대, 가입자가 사용할 수 있는 특정 서비스의 데이터 총량이 초과 한 경우, 혹은 특정 서비스의 사용 가능 시간이 변경된 경우, 사용자가 추가 사용에 대한 비용 지불 후 일시적으로 서비스가 가능하도록 재개되어 해당 가입자에 대한 정책이 변경된 경우 등) 혹은 PCRF에 의해 수집/가공 될 수 있는 정보가 변경되는 경우, PCRF는 SFC에 대한 변경을 요청하기 위해 체인 변경 요청 메시지를 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)에게 전달할 수 있다.
그러면, 상기 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)는 기존의 정보에 변경된 정책 정보를 반영하여 새로운 SFC를 생성한다.
상기 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)는 상기 갱신된 SFP를 SFP 옵티마이저로 전달한다. 상기 SFP 옵티마이저는 상기 획득한 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 SFP를 생성한다. 그리고, 상기 최적의 SFP를 분류기(classifier) 및 SFF들에게 전달하여 라우팅 테이블을 갱신한다.
도 15는 SFF의 요청에 따른 SFP 변경의 예시를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 네트워크 상태가 변경되는 경우(예컨대, 과도한 부하 감지에 따라 우선순위가 낮은 서비스에 대하여 특정 서비스 기능의 생략이 필요한 경우), SFF는 체인 변경 요청 메시지를 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)에게 전달할 수 있다.
그러면, 상기 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)는 기존의 정보에 변경된 정책 정보를 반영하여 새로운 SFC를 생성한다.
상기 SDN 컨트롤러의 체인 생성부(CG)는 상기 갱신된 SFP를 SFP 옵티마이저로 전달한다. 상기 SFP 옵티마이저는 상기 획득한 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 SFP를 생성한다. 그리고, 상기 최적의 SFP를 분류기(classifier) 및 SFF들에게 전달하여 라우팅 테이블을 갱신한다.
이상과 같이, 본 명세서의 개시에 의하면, 무선 이동 통신 네트워크에서 네트워크의 상태를 고려한 최적의 SFP를 찾는 방안이 제시된다. 특히, 네트워크 상태를 고려하며, 복잡도를 낮춘 계층적인 해결법이 제시된다. 본 기법에 따르면 네트워크 정책에 따라 다양한 라우팅 기법과 연동이 가능하다. 또한 각 서비스의 요구사항(delay sensitive or BW sensitive)에 따라 각 서비스에 대한 최적의 SFP를 찾는 것이 가능하다.
지금까지 설명한 내용들은 하드웨어로 구현될 수 있다. 이에 대해서 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 16는 본 발명의 실시예에 따른 분류기(530) 및 SDN 컨트롤러(600) 의 구성 블록도이다.
도 16에 도시된 바와 같이 상기 분류기(530)은 저장 수단(531)와 컨트롤러(532)와 송수신부(533)를 포함한다. 그리고 상기 SDN 컨트롤러(600)는 저장 수단(601)와 컨트롤러(602)와 송수신부(603)를 포함한다.
상기 저장 수단들(531, 601)은 전술한 방법을 저장한다.
상기 컨트롤러들(532, 602)은 상기 저장 수단들(531, 601) 및 상기 송수신부들(533, 603)을 제어한다. 구체적으로 상기 컨트롤러들(532, 602)은 상기 저장 수단들(531, 601)에 저장된 상기 방법들을 각기 실행한다. 그리고 상기 컨트롤러들(532, 602)은 상기 송수신부들(533, 603)을 통해 상기 전술한 신호들을 전송한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.

Claims (10)

  1. 네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능(SF)들에 대한 최적 경로를 산출하는 방법으로서,
    가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보 혹은 세션 정책 정보, SF의 상태 정보에 기초하여, SF들을 순서화한 서비스 기능 체인(SFC)을 생성하는 단계와;
    상기 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 서비스 기능 경로(SFP)을 산출하는 단계와;
    가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보, 세션 정책 정보 및 상기 SF의 상태 정보 중 어느 하나가 변경되는 경우, 상기 SFP를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보를 PCRF(Policy and Charging Rule Function)로부터 수신하는 단계와;
    상기 SF의 상태 정보를 SF 관리부로부터 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    서비스 요구 사항을 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 SFC는 상기 서비스 요구 사항을 고려하여 생성되는 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 SFP를 SFF(service function forward)와 분류기(classifier)로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 분류기는
    P-GW(Packet Data Network-Gateway) 혹은 TDF (Traffic Detection Function) 인 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 SF는 가상화된 방화벽, 가상화된 옵티마이저, 가상화된 NAT(Network Address Translator), 가상화된 로드 밸런서(load balancer) 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 SFC는 상기 가상화된 방화벽, 옵티마이저, NAT, 로드 밸런서 중 하나 이상의 순서를 정의하고,
    상기 SFP는 가상화된 복수의 방화벽, 가상화된 복수의 옵티마이저, 가상화된 복수의 NAT, 가상화된 복수의 로드 밸런서 중 특정한 세트를 정의하는 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계들은 SDN(software defined networking) 컨트롤러에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 SDN 컨트롤러는
    상기 SF의 상태를 모니터링하는 모니터링부와;
    상기 SFC를 생성하는 체인 생성부와;
    상기 최적의 SFP를 산출하는 SFP 옵티마이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 최적 경로 산출 방법.
  9. 네트워크 노드들이 가상화된 서비스 기능(SF)들에 대한 최적 경로를 산출하는 SDN(software defined networking) 컨트롤러로서,
    상기 SF의 상태를 모니터링하는 모니터링부와;
    가입자 정보에 기반한 사용자 정책 정보, 상기 SF의 상태 정보에 기초하여, SF들을 순서화한 서비스 기능 체인(SFC)을 생성하는 체인 생성부와;
    상기 SFC를 기반으로 최적의 SF 세트를 찾아 최적의 서비스 기능 경로(SFP)을 산출하는 SFP 옵티마이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 SDN 컨트롤러.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 SF는 가상화된 방화벽, 가상화된 옵티마이저, 가상화된 NAT(Network Address Translator), 가상화된 로드 밸런서(load balancer) 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 SFC는 상기 가상화된 방화벽, 옵티마이저, NAT, 로드 밸런서 중 하나 이상의 순서를 정의하고,
    상기 SFP는 가상화된 복수의 방화벽, 가상화된 복수의 옵티마이저, 가상화된 복수의 NAT, 가상화된 복수의 로드 밸런서 중 특정한 세트를 정의하는 것을 특징으로 하는 SDN 컨트롤러.
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