KR100777550B1

KR100777550B1 - 차세대 이동통신에서 ｍｉｐ와 ｍｐｌｓ를 이용한 가상사설망 서비스 처리 방법

Info

Publication number: KR100777550B1
Application number: KR1020010060790A
Authority: KR
Inventors: 임형묵; 정종명; 김이한
Original assignee: 주식회사 케이티
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2007-11-16
Also published as: KR20030027484A

Abstract

본 발명은 IMT-2000 에서 가상 사설망 서비스를 위해 UMTS의 GPRS 망 구조에서 이동 IP(Mobile IP) 및 MPLS 라벨 교환 방식을 통해 이동단말의 이동성 지원 및 가상 사설망 서비스 처리를 하는 방법에 관한 것으로, SIM 카드를 장착한 이동단말이 새로운 UTRAN 에 도착하면 상기 이동단말에 UTRAN/BSS 파라미터, 프로토콜 정보, 셀 ID 등을 포함한 무선정보를 브로드캐스트해주고, 보안 기능을 포함한 IMSI 등록 기능을 수행하며, 상기 이동단말이 방문망에 처음 이동한 경우에 상기 이동단말의 IP 주소와 GFA 주소를 HA에게 등록하는 등록 절차; 및 상기 MIP 등록절차 후 통신하고자 하는 상대방인 CN 이 상기 이동단말에게 데이터그램을 전달하는데 있어서, SGSN/FA, GGSN/GFA 및 GGSN/HA 간에 MPLS 라벨 교환을 통한 가상 사설망을 형성하여 루팅 최적화를 통해 패킷 데이터 서비스를 제공하는 루팅 절차를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하여, 이동 IP에서 HA 및 FA 간의 IP-in-IP 터널링 방식 대신 MPLS 라벨 교환 방식으로 터널링 함으로써 고속 패킷 라우팅이 가능할 수 있다는 효과가 있다.

가상 사설망 서비스 처리 방법, MPLS

Description

차세대 이동통신에서 ＭＩＰ와 ＭＰＬＳ를 이용한 가상 사설망 서비스 처리 방법{The Processing Method Of VPN Service Using Mobile IP And MPLS In IMT-2000}

도 1은 본 발명이 적용되는 IMT-2000 시스템 구성도.

도 2a는 본 발명에 의한 MIP 등록 및 터널 설정을 설명하는 흐름도.

도 2b는 본 발명에 의한 MIP 내부 등록 및 터널 설정을 설명하는 흐름도.

도 3은 본 발명에 의한 데이터 그램 전달 절차를 설명하는 흐름도.

도 4a는 본 발명에 의한 FA 이동시 데이터 그램 전달 절차를 설명하는 흐름도.

도 4b는 본 발명에 의한 GFA 이동시 데이터 그램 전달 절차를 설명하는 흐름도.

도 5는 본 발명에서 사용되는 Agent Advertisement 메시지 형식.

도 6은 본 발명에서 사용되는 MIP 등록요청 메시지 형식.

도 7은 본 발명에서 사용되는 MIP 등록응답 메시지 형식.

도 8은 본 발명에서 사용되는 Label 요청 메시지 형식.

도 9는 본 발명에서 사용되는 Label 응답 메시지 형식.

도 10은 본 발명에서 사용되는 MIP 내부등록요청 메시지 형식.

도 11은 본 발명에서 사용되는 MIP 내부등록응답 메시지 형식이고,

도 12는 본 발명에서 사용되는 바인딩 갱신 메시지 형식이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : IMT-2000 이동단말 12 : 기지국

13 : 기지국 제어기 14 : IMT-2000 이동교환시스템

15 : SGSN/FA(Service GPRS Support Node/Foreign Agent)

16 : GGSN/GFA(Gateway GPRS Support Node/Gateway Foreign Agent)

17 : HLR(Home Location Register)

18 : GGSN/HA(Gateway GPRS Support Node/Home Agent)

19 : CN(correspond Node)

본 발명은 IMT-2000에서 가상 사설망 서비스를 위해 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 GPRS(General Packet Radio Service) 망 구조에서 이동 인터넷 프로토콜(Mobile Internet Protocol:MIP) 과 MPLS(Multi-Protocol Label Switch) 라벨 교환 방법을 적용해 가상 사설망 서비스를 제공할 수 있도록 하는 시스템 및 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기존의 이동통신망에서 가상 사설망 서비스 처리 방법에서는 이동 단말에 IPSec 프로토콜을 탑재하여 서비스를 제공할 수 있는데, 사설 주소를 공 인 주소로 변경하는 NAT(Network Address Translation)과 함께 단-대-단 인증을 사용하는 경우, AH(Authentication Header) 프로토콜에서 제공하는 데이터 무결성에 위배되어 데이터 인증을 할 수 없게 되고, 짧은 메시지에 대해 불필요한 오버헤드가 발생하므로 이동통신 환경하에서 최적화가 되지 않아 이동통신 환경에서 IPSec 프로토콜을 이용하여 가상 사설망 서비스를 제공하는데에 많은 어려움이 있다.

따라서, UMTS 의 GPRS 망 구조 특성에 단말의 이동성을 지원하면서 고속 라우팅 기능도 지원할 수 있는 가상 사설망 서비스가 요구되고 있다.

본 발명은 상기 언급한 종래 기술에서의 요구사항에 따라, IMT-2000 가입자의 이동성 지원과 가상 사설망 서비스를 제공하기 위해 UMTS의 GPRS 망 구조에 MIP 와 MPLS 라벨 교환 방식 기능을 적용함으로써 이동 단말에 IPSec 프로토콜을 탑재하는 오버헤드 문제를 해결하고, MIP 에서 HA와 FA간에 IP-in-IP 터널링 방법 대신 MPLS 라벨 교환 방식으로 터널링하여 고속 패킷 라우팅이 가능하게 함으로써 IMT-2000 가입자에게 가상 사설망 서비스를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 IMT-2000 에서 가상 사설망 서비스를 위해 UMTS의 GPRS 망 구조에서 MIP 및 MPLS 라벨 교환 방식을 통해 이동단말의 이동성 지원 및 가상 사설망 서비스 처리를 하는 시스템은,

기지국 제어기와 연결되어 패킷 데이터 처리를 위한 이동단말의 루팅 정보 관리, 인증 및 접근 제어기능을 수행하고, 방문 망에서 상기 이동단말에게 임시 주소를 할당하며, 다른 서브넷에서 통신하려는 이동단말에게 원래 소속된 자신의 서브넷으로 접근할 수 있도록 하는 기능을 수행하는 SGSN/FA 장치;

외부 패킷 교환망과의 논리적 인터페이스를 담당하고 SGSN 장치로의 터널링을 위한 루팅 정보 및 상기 이동단말과 FA가 할당한 임시 주소 리스트를 관리하는 기능을 수행하는 GGSN/GFA 장치; 및

상기 외부 패킷망과 논리적 인터페이스를 담당하고, 상기 GGSN 장치로 터널링을 위한 루팅 정보 및 상기 이동단말과 GFA가 할당한 임시 주소 리스트를 관리하며, 상기 이동단말의 이동성을 지원하기 위한 이동단말의 주소 및 GFA 주소쌍인 이동성 결합(mobility bonding)을 유지하는 기능을 수행하는 GGSN/HA 장치를 포함하여 구성되고,

가상 사설망을 통한 패킷 데이터 서비스를 위해 상기 SGSN/FA 장치, GGSN/GFA 장치 및 GGSN/HA 장치간 MPLS 라벨교환을 통해 가상 사설망이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, IMT-2000 에서 가상 사설망 서비스를 위해 UMTS의 GPRS 망 구조에서 MIP 및 MPLS 라벨 교환 방식을 통해 이동단말의 이동성 지원 및 가상 사설망 서비스 처리를 하는 방법은,

SIM 카드를 장착한 이동단말이 새로운 UTRAN 에 도착하면 상기 이동단말에 UTRAN/BSS 파라미터, 프로토콜 정보, 셀 ID 등을 포함한 무선정보를 브로드캐스트해주고, 보안 기능을 포함한 IMSI 등록 기능을 수행하며, 상기 이동단말이 방문망 에 처음 이동한 경우에 상기 이동단말의 IP 주소와 GFA 주소를 HA에게 등록하는 등록 절차; 및

상기 MIP 등록절차 후 통신하고자 하는 상대방인 CN 이 상기 이동단말에게 데이터그램을 전달하는데 있어서, SGSN/FA, GGSN/GFA 및 GGSN/HA 간에 MPLS 라벨 교환을 통한 가상 사설망을 형성하여 루팅 최적화를 통해 패킷 데이터 서비스를 제공하는 루팅 절차를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 단지 예의 방법으로 상세히 설명하도록 한다. 후술하는 발명의 상세한 설명을 통해 본 발명의 장점 내지 특징이 보다 명확히 이해될 수 있을 것이며, 발명의 설명에 있어서 본 발명의 요지와 직접 관련되지 않는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 하겠다.

도 1을 참고하면, 본 발명이 적용되는 IMT-2000 시스템 구성도가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기지국 제어기(13)를 중심으로 서킷 데이터인 경우에는 IMT-2000 교환기(14)를 통해 처리되고, 패킷 데이터인 경우에는 SGSN/FA(15) 및 GGSN/GFA(16)를 통해 처리된다.

가입자 식별 모듈(SIM : Subscriber Identity Module)이 장착된 IMT-2000 이동단말(11)은 음성에서 멀티미디어 데이터 단말까지 다양한 형태를 하고 있다. SGSN/FA(15)는 패킷 데이터 처리를 위한 단말을 위한 루팅정보 관리, 인증 및 액세스 제어 등의 기능을 수행하고, 다른 서브넷에서 통신하려는 이동단말(11)에게 원래 자신의 서브넷으로 들어올 수 있도록 지원하는 역할도 수행한다.

GGSN(16)은 외부 패킷 교환망과 논리적 인터페이스를 담당하고 SGSN(15)으로 터널링을 위한 루팅 정보와 이동단말(11)과 FA(15) 주소 리스트를 관리하는 기능을 수행한다.

HLR(17)은 이동 가입자의 관리를 담당하는 데이터베이스로 모든 가입 정보를 저장하여 착신 루팅을 위한 위치 정보(서킷/패킷)를 관리한다.

한편, 상기 GGSN(16)에는 HA(18) 기능을 포함하고 있어 GFA와 HA간 터널링을 위한 루팅 정보 및 이동단말과 GFA가 할당한 임시(Care-of) 주소쌍인 이동성 결합을 유지하고 다른 망과의 로밍을 하면서 통신할 수 있도록 패킷 데이터를 캡슐화해 주는 역할도 수행한다.

도 2a를 참고하면, 본 발명의 적절한 실시예에 따른 IMT-2000 가상 사설망 서비스 처리를 위한 MIP 등록과정 및 MPLS 라벨 교환을 통한 터널을 형성하는 절차를 설명하는 개략도가 도시되어 있다.

이동단말(11)이 새로운 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Acess Network)(12)에 도착하면, 무선정보, UTRAN/BSS 파라미터, 프로토콜 정보, 셀 ID 등을 포함하는 무선 정보를 방송 받고(210), UMTS/GSM 보안 기능을 포함한 IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 등록(attach)기능을 수행한다.

이동단말(11)은 "APN"(Access Point Name), "Request PDP(Packet Data Protocol) Address" 파라미터 등을 포함한 "Active PDP Context Request"메시지를 SGSN/FA(15)로 보낸다(211). SGSN/FA(15)는 이동단말(11)이 전송한 "APN"을 가지 고 해당하는 GGSN/GFA(16)에게 "Create PDP Context Request" 메시지를 보낸다(212). GGSN/GFA(16)는 "PDP Context"가 성공적으로 생성되었다는 "Create PDP Context Response" 메시지를 SGSN/FA(15)에게 응답한다(213). SGSN/FA(15)는 이동단말(11)에게 요청한 "PDP Context"가 승인되었다는 "Active PDP Context Accept" 응답 메시지를 보내고(214), 정기적으로 "Agent Advertisement" 메시지를 브로드캐스트한다(215).

이동단말(11)이 등록 방문망에 처음 이동한 경우에는, SGSN/FA(15)에게 "MIP 등록요청" 메시지를 보내고(216), SGSN/FA(15)는 이를 GGSN/GFA(16)에게 포워드 시킨다(217). GGSN/GFA(16)는 홈 망에 있는 GGSN/HA(18)에게 "MIP 등록요청" 메시지를 보냄으로써(218) 이동단말(11)의 IP 주소와 GFA(16)의 주소를 HA에게 등록한다. 상기 GGSN/HA(18)는 GGSN/GFA(16)에게 MIP 등록이 성공적으로 수행되었다는 "MIP 등록응답" 메시지를 보내고(219), GGSN/GFA(16)는 SGSN/FA(15)에게 "MIP 등록응답" 메시지를 포워드시킨다(220). "MIP 등록응답" 메시지를 받은 SGSN/FA(15)는 이를 이동단말(11)에게 포워드 시킴으로서(221) MIP 등록절차를 수행한다.

상기 MIP 등록절차가 수행된 후, 본 발명의 적절한 실시예에 따른 가상사설망을 형성하기 위한 MPLS 라벨 교환방식을 이용하는 절차를 설명한다.

GGSN/HA(18)는 터널을 형성하기 위해 GGSN/GFA(16)에게 "Label 요청" 메시지를 보내고(230), GGSN/GFA(16)는 SSGN/FA(15)에게 "Label 요청" 메시지를 포워드한다(231). 그러면, SSGN/FA(15)는 상기 "Label 요청" 메시지를 수신한 후 'Label'을 할당한 후 상기 GGSN/GFA(16)에게 "Label 응답" 메시지를 보낸다(232). 이 "Label 응답" 메시지를 수신한 GGSN/GFA(16)는 GGSN/HA(18)에게 포워드 한다(233).

상기 "MIP 등록요청" 및 "MIP 등록응답" 메시지는 IETF(Internet Engineering Task Force) RFC(Request For Comments) 2002 규격을 따른다.

도 5는 이동단말이 현재 등록(attachment)된 위치를 판단하는 "Agent Advertisement" 메시지 형식(215), 도 6은 "MIP 등록요청" 메시지 형식(216), 그리고 도 7은 "MIP 등록응답" 메시지 형식(221)을 설명하고 있다.

도 5를 참고하면, 상기 "Agent Advertisement" 메시지(215)의 구성은 타입(type), 길이(length), 시퀀스(sequence), 번호(number), 수명(lifetime), 플래그(flags) 및 임시 주소(Care-of address)로 구성된다.

먼저, "타입" 필드는 ICMP(Internet Control Message Protocol) 라우터 광고(Rauter Advertisement)에 대해 사용된 여러가지 확장(extention)을 구분하기 위해 이동단말에게 허용된 필드로서, FA 또는 HA가 ICMP Router Advertisement 에서 사용하고 있다는 것을 의미한다. 이동성 에이전트 광고 확장의 타입은 "3"이다.

"길이" 필드는, 얼마나 많은 임시(Care-of) 주소가 광고되는지(advertised)에 달려있다. 예를들어, 6비트 + 4*N 인 경우, N 은 광고된 임시 주소 갯수가 된다.

"시퀀스" 필드는 에이전트가 초기화 이후의 상기 "Agent Advertisement" 메시지(215) 전송수이고, "수명" 필드는 등록 요청을 받아들일 시간(초 단위)을 의미 한다.

"플래그" 필드는 'advertisement' 특별한 특징에 관해 아래와 같이 이동단말에게 알리는데 사용된다.

R : 등록이 요청됨

B : 외부 에이전트가 비지(busy)임(추가적인 이동단말로부터의 등록을 받아들이지 않겠음)

H : 에이전트는 HA 임(HA 서비스를 해주겠음)

F : 에이전트는 FA 임(FA 서비스를 해주겠음)

M : 최소 암호화 구현(RFC 2004)(터널된 데이터그램을 최소 암호화로 구현함)

G : GRE 암호화 구현(RFC 1701)(터널된 데이터그램을 GRE 암호화로 구현함)

V : "Van Jacobson" 헤더 압축 구현(RFC 1144)

L : 로컬 터널 관리(내부 등록을 허용함)

여기서, 상기 F 와 H 비트는 서로 배타적이 아니고, F 비트가 설정되지 않는다면 B 비트는 설정되지 않는다. 또한, FA 는 새로운 이동단말에 대해 서비스를 제공하지 못할만큼 바쁜 경우라도 상기 "Agent Advertisement" 메시지(215)를 이동단말에게 보낸다.

"임시 주소" 필드는 광고된 FA 임시 주소는 이 FA에 의해 제공되고, 만일 F 비트가 설정된 경우에는 최소 한 개 이상의 임시 주소가 있어야 한다.

이어서, 도 6을 참고하여 "MIP 등록요청" 메시지 형식을 설명한다.

상기 "MIP 등록요청" 메시지는 타입(type), 플래그(flags), 수명(lifetime), 홈 주소(Home Address), 홈에이전트(Home Agent), 임시 주소(Care-of Address), 식별(Identification) 및 확장(Extensions) 으로 이루어진다.

"타입" 필드는 등록요청에 관련된 필드로서 값은 "1"이고, "플래그"필드는 다음과 같이 이루어진다.

S : 동시 결합(simultaneous bindings). S 비트가 "1"로 설정되어 있으면 HA 에게 이동단말의 이전 이동성 결합(mobility bindings)을 유지해달라고 요청한다.

B : 브로드캐스트 데이터그램. B 비트는 이동단말이 방송 데이터그램을 HA 에게 달라고 요청하는데 사용된다.

D : 이동 노드에 의한 디캡슐레이션(decapsulation by mobile node). 이동단말이 임시주소로 보내는 데이터그램을 디캡슐레이션 하는데 사용된다. 즉, 공동 위치한(co-located) 임시 주소를 사용한다는 의미이다.

M : 최소 암호화 구현.

G : GRE 암호화 구현.

V : "Jacobson" 헤더 압축 구현.

"수명" 필드는 등록 만료되기 전까지의 시간(초단위)을 가리키며, "0"은 등록해제(deregistration) 0xffff=infinity 를 의미한다.

"홈 주소" 필드는 이동단말의 IP 주소이며, "홈 에이전트" 필드는 HA 이동단말의 IP 주소이고, "임시 주소" 필드는 터널의 끝을 가리키는 IP 주소이다.

"식별" 필드는 이동단말에 의해 만들어진 64비트 번호로 등록 요청과 등록 응답이 일치되는지 여부, 즉 응답 보호(replay protection)에 사용한다. "확장" 필드는 하나 또는 그 이상의 확장이 있다는 것을 의미하고, 모든 등록요청에는 반드시 이동-홈 인증 확장(Mobile-Home Authentication Extension)이 포함되어야 한다.

이어서, 도 7을 참고하여 상기 "MIP 등록응답" 메시지 형식을 설명한다.

상기 "MIP 등록응답" 메시지는, 도 7에 도시된 바와같이, 타입(type), 코드(Code), 수명(Lifetime), 홈 주소(Home address), 홈 에이전트(Home Agent), 식별(Identification)과 확장(Extension)으로 이루어진다.

"타입" 필드는 요청 응답에 관한 필드로서 값은 "3"이다.

"코드" 필드는 등록 요청의 결과를 가리키며 각각의 값은 다음과 같다.

0 : 등록 허용됨

FA에 의해 등록이 거부되는 경우

66 : 불충분한 리소스

69 : 수명 요청 > 광고된 제한값(요청된 수명이 너무 긴 경우)

70 : 불완전 요청

71 : 불완전 응답

88 : 홈 에이전트 도달 불가능

HA에 의해 등록이 거부되는 경우

130 : 불충분한 자원

131 : 이동 노드 인증 실패

133 : 등록 식별 불일치

134 : 불완전 요청

136 : 알려지지 않은 홈 에이전트 주소

"수명" 필드는 만약 등록이 받아들여졌다면 등록이 만료되기 전까지의 남은 시간(초)을 의미하며, "0"이면 이동단말이 등록해제(deregistered) 되었음을 나타낸다. 만약, 등록이 거절되었다면 이 영역은 무시된다.

"홈 에이전트" 필드는 이동단말의 IP 주소이며, "홈 에이전트" 필드는 이동단말의 HA 의 IP주소이고, "식별" 필드는 응답 보호에 사용된다.

"Label 요청" 및 "Label 응답" 메시지는 IETF RFC 3036 문서의 규격을 따르며, 도 8 및 도 9는 각각 터널을 형성하기 위한 "Label 요청" 메시지(231) 형식 및 "Label 응답" 메시지(232) 형식을 보여주고 있다.

먼저, 도 8을 참고하여 상기 "Label 요청" 메시지를 설명하면, "메시지 타입" 필드가 0x0401 이면, "Label 요청" 메시지임을 표시하고, "메시지 길이" 필드는 "Label 요청" 메시지의 길이를 나타낸다. 그리고, "메시지 ID" 필드는 이 메시지를 식별하기 위한 식별자이고, 라벨은 FEC(Forwarding Equivalence Classes)와 결합하고 FEC TLV(Type-Length-Value)는 FEC 항목을 인코드 한다. "선택 파라메타" 필드는 홉 카운트(Hop Count) TLV, 경로 벡터 TLV를 포함한다.

다음으로, 도 9를 참고하여 상기 "Label 응답" 메시지를 설명하면, 먼저 "메시지 타입" 필드에서 '0x0400' 이면 "Label 응답" 메시지임을 표시하고, "메시지 길이" 필드는 상기 "Label 응답" 메시지의 길이를 나타낸다. 한편, "메시지 ID" 필드는 이 메시지를 식별하기 위한 식별자이고, 라벨은 FEC 와 결합하고 FEC TLV 는 FEC 항목을 인코드 한다. "Label TLV" 필드는 FEC-Label 매핑의 라벨 구성요소를 명시하고, "선택적 파라메타" 필드는 '상기 메시지 ID TLV', '홉 카운트 TLV' 및 '경로 벡터 TLV'를 포함한다.

도 2b를 참고하면, 본 발명의 적절한 실시예에 따른 IMT-2000 가상사설망 서비스 처리를 위한 MIP 내부 등록 과정 및 MPLS 라벨교환을 통한 터널을 형성하는 것이 설명되어 있다.

먼저, 이동단말(11)이 새로운 UTRAN(18)에 도착하면, 무선정보, UTRAN/BSS 파라미터, 프로토콜 정보, 셀 ID 등을 포함하는 무선 정보를 방송 받고(210), UMTS/GSM 보안 기능을 포함한 IMSI 등록(attach) 기능을 수행한다. 이동단말은 "APN", "Request PDP Address" 파라미터 등을 포함하는 "Active PDP Context Request" 메시지를 SGSN/FA(15)로 보낸다(211). 상기 이동단말이 보내준 "APN"을 통해 해당되는 GGSN/GFA(16)에게 "Create PDP Context Request" 메시지를 보낸다(212). 'PDP Context'가 성공적으로 생성되었다는 "Create PDP Context Response" 메시지를 SGSN/FA(15)에게 응답한다(213). SGSN/FA(15)는 이동단말(11)에게 요청한 'PDP Context'가 승인되었다는 "Active PDP Context Accept" 응답 메시지를 보내고(214), 정기적으로 "Agent Advertisement" 메시지를 브로드캐스트 한다(215).

이동단말(11)이 같은 방문 망에서 FA 간 이동을 한 경우에는, SGSN/FA(15)에게 "MIP 내부등록요청" 메시지를 보내고(216), SGSN/FA(15)는 이를 GGSN/GFA(16)에게 포워드시킴으로서(217) 이동단말(11)의 IP 주소와 FA 주소를 GFA(Gateway Foreign Agent)에게 등록한다.

GGSN/GFA(16)는 MIP 내부 등록이 성공적으로 수행되었다는 "MIP 내부등록응답" 메시지를 SGSN/FA(15)에게 보내고(220), SGSN/FA(15)는 이동단말(11)에게 "MIP 내부등록응답" 메시지를 포워드시킴으로써(221), MIP 내부등록절차를 수행한다.

본 발명에 따르면, 가상사설망을 형성하기 위해 MPLS 라벨교환방식을 이용하는데, GGSN/GFA(16)는 터널을 형성하기 위해 SGSN/FA(15)에게 "Label 요청" 메시지를 보내고(231), 이 "Label 요청" 메시지를 수신한 SGSN/FA(15)는 'Label'을 할당한 후 GGSN/GFA(16)에게 "Label 응답" 메시지를 보낸다(232).

상기 "MIP 내부등록요청" 메시지는 도 10에 도시된 바와 같이, 타입(Type), 길이(Length), GFA IP 주소 및 확장(Extensions)로 이루어진다.

상기 "타입" 필드는 MIP 내부 등록 요청이고, "길이" 필드는 GFA 주소에 따라 크기가 결정되며, "GFA IP 주소" 필드는 GFA의 IP 주소를 가리키며, "확장" 필 드는 하나 또는 그 이상의 확장이 있음을 의미한다.

한편, 상기 "MIP 내부등록응답" 메시지는 도 11에 도시된 바와 같이, 타입(Type), 길이(Length), 응답 보호 스타일(Replay Protection Style) 및 초기 식별(Initial Identification)로 이루어진다.

먼저, "타입" 필드는 MIP 내부등록응답이고, "길이" 필드는 GFA 주소에 따라 크기가 결정되며, "응답 보호 스타일" 필드는 이동단말이 바라는 응답 보호 형태를 가리키는 숫자이고, "초기 식별" 필드는 응답 절차를 초기 동기화에 사용하는 타임스탬프(time stamp) 또는 난수(nonce)이다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 IMT-2000 가상 사설망 서비스 처리를 위한 데이터그램을 전달하는 방법을 설명하는 개략도가 도시되어 있다.

SGSN/FA(15), GGSN/GFA(16) 및 GGSN/HA(18)간에 MPLS 라벨 교환을 통해 터널이 형성된 상태에서, CN(19)이 데이터그램을 이동단말(11)에게 전달하는 절차를 설명하면, 먼저, GGSN/HA(18)에게 현재의 이동단말(11)의 위치를 파악하기 위해 데이터그램을 보내고(310), GGSN/HA(18)는 GGSN/GFA(16)의 임시 어드레스와 이동단말(11)의 IP 주소로 구성된 이동성 결합을 검색하여 현재 위치하고 있는 GGSN/GFA(16)에게 터널된 데이터그램을 보낸다(320). 상기 터널된 데이터그램을 받은 GGSN/GFA(16)는 FA 임시 주소와 이동단말(11)의 IP 주소로 구성된 이동성결합을 검색하여 이동단말(11)이 위치하고 있는 SGSN/FA(15)에게 보낸다(330). SGSN/FA(15)는 터널된 데이터그램을 디터널링한 후 페이징을 통해 현재의 이동단말(11)의 위치를 파악하고 데이터그램을 전송한다. 도 3의 "340", "341", "342" 및 "311" 단계가 이 단계를 설명하고 있다.

도 4a를 참고하면, 본 발명에 따른 IMT-2000 가상사설망 서비스 처리를 위해 데이터그램을 전달하는 경우, 이동단말(11)이 같은 방문 망에서 다른 FA 로 이동하였을 때 루팅을 최적화 하는 방법을 설명하고 있다.

먼저, SGSN/FA(15), GGSN/GFA(16) 및 GGSN/HA(18) 간에 라벨 교환을 통해 터널이 형성된 상태에서, CN(19)이 데이터그램을 GGSN/HA(18)에게 보내고(410), 데이터그램을 전달받은 GGSN/HA(18)는 상기 데이터그램을 터널링하여 GGSN/GFA(16)에게 보내고(420), GGSN/GFA(16)는 이를 SGSN/FA(15)에게 포워드시킨다(430). 이 때, 이동단말(11)이 같은 방문 망에서 다른 SGSN/FA(15)로 이동하였다는 것을 감지한 이전 SGSN/FA(15)는 이동한 SGSN/FA(15)에게 터널된 데이터그램을 포워드 시킨다(431). 이전 SGSN/FA(15)는 GGSN/GFA(16)에게 이동성결합이 변경되었다는 메시지인 "바인딩 갱신" 메시지를 보내고(433), 이동단말에게 디터널링된 데이터그램을 보낸다(411). 이 메시지를 받은 GGSN/GFA(16)는 임시 주소와 이동단말(11)의 주소로 구성된 이동성결합을 갱신하고, 이동한 SGSN/FA(15)와 GGSN/GFA(16)간 터널을 형성하기 위해 GGSN/GFA(16)은 SGSN/FA(15)에게 "Label 요청" 메시지를 전송하고(440), SGSN/FA(15)는 라벨을 할당하여 "Label 응답" 메시지를 송신함으로써(441), SGSN/FA(15)와 GGSN/GFA(16)간에 터널을 새로 형성한다.

CN(19)이 데이터그램을 GGSN/HA(18)에게 보내고(410), 이 데이터그램을 받은 GGSN/HA(18)는 새로 형성된 터널로 GGSN/GFA(16)에게 터널된 데이터그램을 보내면 (420), GGSN/GFA(16)는 이동성결합을 검색한 후 이동한 SGSN/FA(15)에게 터널된 데이터그램을 포워드하고(432) 해당 SGSN/FA(15)는 이동단말(11)에게 디터널링된 데이터그램을 전송한다(411).

상기 "바인딩 갱신" 메시지(433)는 IETF RFC 3031 문서의 규격을 따르며, 도 12가 상기 "바인딩 갱신" 메시지 형식을 보여주고 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 "바인딩 갱신" 메시지는, 타입(Type), 플래그(Flag), 길이(Length), 홈 주소(Home Address), 임시 주소(Care-of Address), 식별(Identification) 및 확장(Extensions)으로 이루어져 있다.

먼저, "타입" 필드는 바인딩 갱신을 의미하며 값은 '18'이고, "플래그" 필드는 다음과 같다.

A : 바인딩 확인을 요청하기 위해 "바인딩 갱신" 메시지를 보내는 노드에 의해 설정.

I : 식별 필드에 존재하면 "바인딩 갱신" 메시지를 보내는 노드에 의해 설정.

M : 본 비트가 설정되어 있으면, 최소 암호화 방법으로 구현.

G : 본 비트가 설정되어 있으면, GRE 암호화 방법으로 구현.

"수명" 필드는 바인딩 캐쉬 목록(Binding Cache Entry)이 완료되지 전까지 남은 시간(초)을 의미하는데, "0"이면 이동단말(11)을 위해 바인딩 캐쉬 목록에 없다는 것을 의미한다.

"홈 어드레스" 필드는 바인딩 갱신과 관련된 이동단말(11)의 IP 주소이며, "임시 주소" 필드는 이동단말(11)의 현재 임시(Care-of) 주소이고, "식별" 필드는 응답 보호에 사용한다.

도 4b를 참고하면, 본 발명에 따른 IMT-2000 가상사설망 서비스 처리를 위한 데이터그램 전달시 이동단말(11)이 다른 GFA로 이동한 경우의 루팅 최적화 방법이 도시되어 있다.

먼저, SGSN/FA(15), GGSN/GFA(16), GGSN/HA(18)간에 라벨 교환을 통해 터널이 형성된 상태에서, 데이터그램을 CN(19)에게 수신(410)한 GGSN/HA(18)는 GGSN/GFA(16)에게 터널된 데이터그램을 보낸다. 이 때, 이동단말(11)이 다른 GGSN/GFA(16)로 이동하였다는 것을 감지한 이전 GGSN/GFA(16)는 이동한 GGSN/GFA(16)에게 터널된 데이터그램을 포워드시킨다(430). 이전 GGSN/GFA(16)는 GGSN/HA(18)에게 이동성결합이 변경되었다는 "바인딩 갱신" 메시지를 보내고(441), 이동한 GGSN/GFA(16)는 해당 SGSN/FA(15)를 검색하여 터널된 데이터그램을 포워드시킨다(440). 터널된 데이터그램을 받은 SGSN/FA(15)는 이동단말(11)에게 디터널링된 데이터그램을 보낸다(411).

한편, 이전 GGSN/GFA(16)는 GFA 임시 주소와 이동단말(11)의 주소로 구성된 이동성결합을 갱신하라는 "바인딩 갱신" 메시지를 GGSN/HA(18)에게 보낸다(441). GGSN/HA(18)는 이동성결합을 갱신하고, GGSN/HA(18)는 이동한 GGSN/GFA(16)와 터널을 형성하기 위해 GGSN/GFA(16)에게 "Label 요청" 메시지를 송신하고(450), GGSN/GFA(16)는 이 요청에 따라 라벨을 할당하여 "Label 응답" 메시지를 송신함으로써(451), GGSN/GFA(16)와 GGSN/HA(18)간에 터널을 새로 형성한다.

CN(19)이 데이터그램을 GGSN/HA(18) 에게 보내고(410), 데이터그램을 받은 GGSN/HA(18)는 새로 형성된 터널로 이동성결합을 검색한 후 이동한 GGSN/GFA(16)에게 터널된 데이터그램을 보내면(431), GGSN/GFA(16)은 SGSN/FA(15)에게 터널된 데이터그램을 포워드하고(432) 해당 SGSN/FA(15)는 이동단말(11)에게 디터널링된 데이터그램을 전송한다(411).

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동 IP 및 MPLS 라벨 교환방법을 적용한 가상사설망 서비스 제공 방법을 사용하면, 종래 NAT와 함께 IPSec 프로토콜을 통해 단-대-단 인증을 사용하는 경우 AH 프로토콜에서 제공하는 데이터 무결성에 위배되어 데이터 인증을 할 수 없고, 이동 단말에 IPSec 프로토콜을 탑재하는 것도 오버헤드가 생기므로 이동 IP에서 HA 및 FA 간의 IP-in-IP 터널링 방법 대신 MPLS 라벨 교환 방식으로 터널링 함으로써, 고속 패킷 라우팅이 가능할 수 있다는 효과가 있다.

지금까지 설명은 본 발명의 이해를 위해 본 발명의 구체적 실시예를 들어 본 발명의 원리 및 특징을 설명하였으나 본 발명의 범위는 이러한 실시예에 의하여 제한되지 않는다. 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 첨부한 특허청구범위의 범주 및 정신을 벗어나지 않고 본 발명은 다양하게 수정 및 변형할 수 있다.

Claims

IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000) 에서 가상 사설망 서비스를 위해 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 GPRS(General Packet Radio Service) 망 구조에서 MIP(Mobile Internet Protocol) 및 MPLS(Multi Protocol Label Switch) 라벨 교환 방식을 통해 이동단말의 이동성 지원 및 가상 사설망 서비스 처리를 하는 시스템에 있어서,

기지국 제어기와 연결되어 패킷 데이터 처리를 위한 이동단말의 루팅 정보 관리, 인증 및 접근 제어기능을 수행하고, 방문 망에서 상기 이동단말에게 임시 주소를 할당하며, 다른 서브넷에서 통신하려는 이동단말에게 원래 소속된 자신의 서브넷으로 접근할 수 있도록 하는 기능을 수행하는 SGSN/FA(Service GPRS Support Node/Foreign Agent) 장치;

외부 패킷(Packet) 교환망과의 논리적 인터페이스를 담당하고 SGSN 장치로의 터널링을 위한 루팅 정보 및 상기 이동단말과 FA(Foreign Agent)가 할당한 임시 주소 리스트를 관리하는 기능을 수행하는 GGSN/GFA(Gateway GPRS Support Node/Gateway Foreign Agent) 장치; 및

상기 외부 패킷망과 논리적 인터페이스를 담당하고, 상기 GGSN/FA(Gateway GPRS Support Node/Foreign Agent) 장치로 터널링을 위한 루팅 정보 및 상기 이동단말과 GFA(Gateway Foreign Agent)가 할당한 임시 주소 리스트를 관리하며, 상기 이동단말의 이동성을 지원하기 위한 이동단말의 주소 및 GFA 주소쌍인 이동성 결합(mobility bonding)을 유지하는 기능을 수행하는 GGSN/HA(Gateway GPRS Support Node/Home Agent) 장치를 포함하여 구성되고,

가상 사설망을 통한 패킷 데이터 서비스를 위해 상기 SGSN/FA 장치, GGSN/GFA 장치 및 GGSN/HA 장치간 MPLS 라벨교환을 통해 가상 사설망이 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
IMT-2000 에서 가상 사설망 서비스를 위해 UMTS의 GPRS 망 구조에서 MIP 및 MPLS 라벨 교환 방식을 통해 이동단말의 이동성 지원 및 가상 사설망 서비스 처리를 하는 방법에 있어서,

SIM(Subscriber Identity Module) 카드를 장착한 이동단말이 새로운 UTRAN(UMTS Terretrial Radio Access Network) 에 도착하면 상기 이동단말에 UTRAN/BSS(UMTS Terretrial Radio Access Network/Base Station System) 파라미터, 프로토콜 정보, 셀 ID(Identification) 등을 포함한 무선정보를 브로드캐스트해주고, 보안 기능을 포함한 IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 등록 기능을 수행하며, 상기 이동단말이 방문망에 처음 이동한 경우에 상기 이동단말의 IP(Internet Protocol) 주소와 GFA 주소를 HA(Home Agent)에게 등록하는 등록 절차; 및

상기 등록절차 후 통신하고자 하는 상대방인 CN(Correspond Node)가 상기 이동단말에게 데이터그램을 전달하는데 있어서, SGSN/FA, GGSN/GFA 및 GGSN/HA 간에 MPLS 라벨 교환을 통한 가상 사설망을 형성하여 루팅 최적화를 통해 패킷 데이터 서비스를 제공하는 루팅 절차를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 가상 사설망 서비스 처리 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 등록 절차에서, 이동단말이 등록방문망에 처음 이동한 경우에는,

상기 SGSN/FA 및 GGSN/GFA를 통해 홈 망에 있는 HA 에게 "MIP 등록요청" 메시지를 보내는 제1 단계;

상기 HA로부터 상기 GGSN/GFA 및 SGSN/FA를 통해 MIP 등록이 성공적으로 수 행되었다는 "MIP 등록응답" 메시지를 상기 이동단말로 보내는 제2 단계를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 가상 사설망 서비스 처리 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 등록절차에서 상기 이동단말이 같은 방문망에서 FA 간 이동하는 경우, 상기 GGSN/GFA 에게 MIP 내부등록하는 제2 등록절차를 더 구비하고,

상기 제2 등록 절차는:

상기 SGSN/FA를 통해 "MIP 내부등록요청" 메시지를 상기 GGSN/GFA 에게 보내어 이동단말의 IP 주소 및 FA가 할당한 임시 주소를 GFA 에게 등록하는 단계; 및

상기 GGSN/GFA 는 상기 MIP 내부등록이 성공적으로 수행되었다는 "MIP 내부등록응답" 메시지를 상기 SGSN/FA 를 통해 이동단말에게 보내는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 가상 사설망 서비스 처리 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 MPLS 라벨교환을 통한 가상사설망을 형성하는 절차는,

상기 GGSN/HA 가 상기 GGSN/GFA 를 경유하여 상기 GGSN/FA 에게 "Label 요청 메시지" 를 보내고,

상기 GGSN/FA 는 상기 "Label 요청메시지"를 수신한 후 'Label'를 할당한 다음 상기 GGSN/GFA를 경유하여 상기 GGSN/HA 에게 "Label 응답" 메시지를 보내는 것을 수행되는 것을 특징으로 하는 가상 사설망 서비스 처리 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 MPLS 라벨교환을 통한 가상사설망을 형성하는 절차는,

상기 GGSN/GFA 가 상기 SGSN/FA 에게 "Label 요청" 메시지를 보내고,

상기 SGSN/FA 는 상기 "Label 요청" 메시지를 수신한 후 'Label'을 할당한 다음 상기 GGSN/GFA 에게 "Label 응답" 메시지를 보내는 것으로 수행되는 것을 특징으로 하는 가상 사설망 서비스 처리 방법.