KR20150101214A - Lte 펨토셀에서 이동통신 단말기의 ip 주소 획득 방법 - Google Patents

Lte 펨토셀에서 이동통신 단말기의 ip 주소 획득 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LTE 펨토셀과 EPC 사이의 정합 규격인 S1 인터페이스의 시그널링 메시지와 데이터 메시지가 암호화되지 않는 점에 착안하여 이들 메시지로부터 이동통신 단말기의 IP 주소를 획득하는 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법에 관한 것이다.
본 발명의 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법은 펨토 기지국에 의해 수행되며, 핵심망으로부터 S1 인터페이스를 통해 수신되는 시그널링 메시지를 지속적으로 분석하여 펨토 기지국과 이동통신 단말의 데이터 전송에 사용될 베어러 ID인 TEID를 확인한 후에 저장하는 (a) 단계; 단말로부터 수신되는 업링크 패킷 데이터에 더해지는 GTP 헤더의 TEID를 확인한 후에 상기 단계 (a)에서 저장된 TEID와 동일한지를 판단하는 (b) 단계 및 상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 상기 확인된 TEID와 상기 저장된 TEID가 동일한 경우에는 상기 업링크 패킷 데이터의 소스 IP 주소를 당해 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소로 결정하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 (a) 단계에서 상기 TEID는 S1 메시지인 Initial context Setup Request 메시지로부터 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서는 추출된 상기 TEID를 터미널 IP 주소 테이블에 저장하되 상기 주소 테이블의 소스 IP 주소 란은 빈 칸으로 남겨 두고, 상기 (c) 단계에서는 상기 확인된 TEID와 상기 저장된 TEID가 동일한 경우에 상기 주소 테이블의 소스 IP 주소 란이 빈 칸인 경우에만 상기 업링크 패킷 뎅터의 소스 IP 주소를 당해 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소로 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법{method for obtaining IP addrss of mobile telecommunication terminal in LTE femtocell}
본 발명은 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법에 관한 것으로, 특히 LTE 펨토셀과 EPC 사이의 정합 규격인 S1 인터페이스의 시그널링 메시지와 데이터 메시지로부터 이동통신 단말기의 IP 주소를 획득하는 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 펨토셀(Femto cell) 기지국(이하 간단히 '펨토 기지국'이라 한다)은 가정이나 사무실 등 옥내에 설치된 브로드밴드 망을 통해 이동통신 코어 네트워크에 접속하는 초소형 이동통신 기지국이다. 이러한 펨토 기지국은 실내 커버리지를 확대하고 통화 품질을 향상시키며 다양한 유무선 융합 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 다양한 장점을 가진다.
3GPP LTE(Long Term Evolution)에서는 eNB(evolved NodeB) 및 home eNB(home evolved NodeB, HeNB)라는 기지국을 정의한 바 있다. 이중 eNB는 일반적인 매크로셀(macro cell)을 관장하는 매크로 기지국이며, home eNB는 펨토셀을 관장하는 펨토 기지국이다. 즉, 3GPP에서는 기존 매크로 기지국과 별도로 특정 사용자만 접속할 수 있는 펨토 기지국이 설치되는 환경을 고려하고 있다. 이때, 펨토 기지국은 사용자 혹은 사업자에 의해서 커버리지 증대, 용량(capacity) 증대 혹은 기타 차별화된 서비스의 제공 등을 목적으로 설치될 수 있다. 펨토 기지국의 서비스 커버리지는 최소 수 미터에서 최대 매크로 서비스 커버리지 정도까지 고려될 수 있다.
도 1은 펨토 기지국과 펨토 기지국 게이트웨이를 포함하는 무선통신 네트워크의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 따른 무선 통신 네트워크는 이동통신 단말기(UE; User Equipment)(100), 로컬 PDN 게이트웨이(L-PGW; Local Packet Data Network Gateway)(101)와 로컬 서빙 게이트웨이(L-SGW; Local Serving Gateway)(102)의 기능을 갖는 펨토 기지국(HenB)(103)과 매크로 기지국(eNB)(108), 펨토 기지국 게이트웨이(HeNB GW)(104), 이동성 관린 엔티티(MME; Mobile Management Entity)(105), 코어망에 존재하는 매크로 서빙 게이트웨이(S-GW)(106)와 코어망에 존재하는 PDN 게이트웨이(P-GW)(107)를 포함할 수 있다.
전술한 구성에서, 매크로 기지국(108)은 매크로셀을 관장하는 기지국으로서, 이동통신 단말기(100)와 무선 채널을 통해 연결되며 이동통신 단말기(100)에 대한 무선 자원을 제어한다. 예를 들어, 매크로 기지국(108)은 매크로셀 내의 필요한 제어 정보를 시스템 정보로 생성하여 방송(Broadcasting)하거나 이동통신 단말기(100)와 데이터나 제어 정보를 주고받기 위해 무선 자원을 할당할 수 있다.
뿐만 아니라, 매크로 기지국(108)은 이동통신 단말기(100)로부터 현재 셀과 인접 셀들의 채널 측정 결과 정보를 취합하여 핸드오버를 결정하고, 핸드오버를 명령할 수 있다. 이를 위한 매크로 기지국(108)은 무선 자원 관리와 관련된 라디오 자원 프로토콜(Radio Resource Protocol) 등의 제어 프로토콜을 구비한다.
다음으로, 이동성 관리 엔티티(105)는 유휴(idle) 모드의 이동통신 단말기를 관리하고, PDN 게이트웨이 및 서빙 게이트웨이를 선정한다. 이와 더불어 이동성 관리 엔티티(106)는 로밍(Roaming) 및 인증(Authentication) 관련 기능을 수행하고, 이동통신 단말기(100)에서 발생하는 베어러 시그널을 처리한다.
서빙 게이트웨이(106)는 기지국 사이의 핸드오버시 또는 3GPP 무선망 사이 이동시 이동성 앵커 역할을 수행한다. PDN 게이트웨이(107)는 이동통신 단말기(100)의 IP 주소를 할당하고, 코어 망의 패킷 데이터 관련 기능을 수행하며, 3GPP 무선망과 non-3GPP 무선망 사이의 이동시 이동성 앵커 역할을 수행한다. PDN 게이트웨이(107)는 또한 가입자에게 제공한 베어러 대역을 결정하고, 패킷 데이터에 대한 포워딩(Forwarding) 및 라우팅(Routing) 기능을 담당한다.
펨토 기지국(103)은 무선망 제어기를 통하여 이동성 관리 엔티티(105)와 같은 코어 네트워크에 연결되어 이동통신 단말기(100)에게 이동통신 서비스를 제공한다. 여기서 펨토셀은 CSG 셀(Closed Subscriber Group Cell)로 통용되기도 하는데, CSG 셀이란 그 셀에 액세스할 수 있도록 미리 등록된 특정 그룹(즉 CSG)에 속한 단말기들만 액세스할 수 있는 셀을 지칭한다. 이와 같은 CSG 셀은 일반적으로 개인의 가정과 같이 협소한 지역에 설치되는 홈 셀이나 기업 또는 특정 조직을 위해 넓은 지역에 설치되는 기업/지역 네트워크 셀일 수 있다.
로컬 서빙 게이트웨이(102)는 펨토 기지국에 존재하는 서빙 게이트웨이고, 로컬 PDN 게이트웨이(107)는 펨토 기지국에 존재하는 PDN 게이트웨이다. 펨토 기지국 게이트웨이(104)는 이동성 관리 엔티티(105)와 펨토 기지국(103)을 연결하는 역할을 수행한다. 이러한 네트워크에서 이동통신 단말기(100)는 매크로 기지국(108) 또는 펨토 기지국(103)을 통하여 코어 네트워크에 접속할 수 있다.
한편, LTE 펨토셀 시스템에서는 경우에 따라 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소 정보를 필요로 할 수 있다.
그러나 LTE 시스템에서는 이동통신 단말기와 EPC(Evolved Packet Core) 사이에 교환되는 제어 메시지로서 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소를 포함하고 있는 NAS(Non Access Stratum) 메시지들이 암호화된 채로 전송되기 때문에 이러한 NAS 메시지를 통해서는 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소를 획득할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
* 10-2010-119349호 공개특허공보(발명의 명칭 : 펨토 셀을 포함하는 무선 통신 네트워크에서의 로컬 IP 액세스 지원 방법 및 장치) * 10-2010-120259호 공개특허공보(발명의 명칭 : 이동통신 네트워크 내에서 제어 평면(Control Plane)을 담당하는 서버 및 커넥션 설정을 제어하는 방법)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, LTE 펨토셀과 EPC 사이의 정합 규격인 S1 인터페이스의 시그널링 메시지와 데이터 메시지가 암호화되지 않는 점에 착안하여 이들 메시지로부터 이동통신 단말기의 IP 주소를 획득하는 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법은 펨토 기지국에 의해 수행되며, 핵심망으로부터 S1 인터페이스를 통해 수신되는 시그널링 메시지를 지속적으로 분석하여 펨토 기지국과 이동통신 단말의 데이터 전송에 사용될 베어러 ID인 TEID를 확인한 후에 저장하는 (a) 단계; 단말로부터 수신되는 업링크 패킷 데이터에 더해지는 GTP 헤더의 TEID를 확인한 후에 상기 단계 (a)에서 저장된 TEID와 동일한지를 판단하는 (b) 단계 및 상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 상기 확인된 TEID와 상기 저장된 TEID가 동일한 경우에는 상기 업링크 패킷 데이터의 소스 IP 주소를 당해 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소로 결정하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 (a) 단계에서 상기 TEID는 S1 메시지인 Initial context Setup Request 메시지로부터 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서는 추출된 상기 TEID를 터미널 IP 주소 테이블에 저장하되 상기 주소 테이블의 소스 IP 주소 란은 빈 칸으로 남겨 두고, 상기 (c) 단계에서는 상기 확인된 TEID와 상기 저장된 TEID가 동일한 경우에 상기 주소 테이블의 소스 IP 주소 란이 빈 칸인 경우에만 상기 업링크 패킷 뎅터의 소스 IP 주소를 당해 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소로 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법에 따르면, LTE 펨토 기지국에서 암호화되어 있는 NAS PDU를 통하지 않고 S1 인터페이스의 시그널링 메시지와 데이터 메시지로부터 직접 이동통신 단말기의 IP 주소를 획득할 수가 있다. 그리고 이렇게 획득된 이동통신 단말기의 IP 주소는 펨토셀에서 외부망이 아닌 홈 네트워크로 직접 IP 트래픽을 전송, 즉 LIPA(Local IP Access)를 수행함으로써 핵심망의 부하를 줄이는데 활용될 수 있다.
도 1은 펨토 기지국과 펨토 기지국 게이트웨이를 포함하는 무선통신 네트워크의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 이동통신 단말기가 펨토 기지국에 접속하여 EPC에 어태치하는 과정을 설명하기 위한 시퀀스 차트.
도 3은 본 발명에서 펨토 기지국이 EPC에서 전송되는 Initial Context Setup Request 메시지에서 TEID를 획득하여 저장하는 과정을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 본 발명에서 펨토 기지국이 이동통신 단말기에서 EPC로 전송되는 데이터 패킷에서 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소를 추출하는 과정을 설명하는 흐름도.
이하에는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 이동통신 단말기가 펨토 기지국에 접속하여 EPC에 어태치하는 과정을 설명하기 위한 시퀀스 차트이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이동통신 단말기(이하 간단히 '단말'이라고도 한다)가 펨토 기지국에 접속하여 EPC에 어태치(attach)하기 위해서는 먼저, RRC 연결 설정(RRC connection establishment) 절차를 수행해야 한다. 이와 같이 하여 RRC 연결 설정에 성공하면, 단말은 펨토 기지국에게 RRC Connection Setup Complete 메시지를 전송하는데, 이 과정에서 NAS 'Attach Request' 메시지를 RRC 메시지에 포함시킨다.
다음으로, 펨토 기지국은 단말로부터 RRC 메시지를 수신한 뒤 NAS 메시지(Attach Request)가 포함된 S1 제어 메시지(Initial UE Message)를 MME로 전달한다. 그러면 MME가 S-GW(Serving Gateway)와의 사이에서 세션을 생성한 후에 'Attach Request' 메시지에 대한 응답으로서 'Attach Accept'가 포함된 S1 제어 메시지인 Initial Context Setup Request)를 펨토 기지국에 전송하는데, 이 과정에서 펨토 기지국은 MME로부터 'Attach Accept' 메시지를 수신한다.
다음으로, 펨토 기지국은 초기 보안 활성화(Initial Security Activation)를 수행하고, RRC 절차를 통해 단말로부터 능력 정보를 전달받는다. 다음으로 펨토 기지국은 이렇게 수신한 단말 능력 정보를 이용해서 RRC 연결 재구성(RRC Connection Reconfiguration) 절차를 수행하여 단말로부터 최신 단말 능력을 획득한다.
다음으로 펨토 기지국은 단말 능력 정보가 포함된 S1 제어 메시지인 Initial Context Setup Response를 MME로 전송한다. 이후 단말이 NAS 기반의 접속 완료 메시지, 커넥션 완료 메시지 또는 어태치 완료(Attach Complete) 메시지를 생성한 후에 이렇게 생성된 메시지를 RRC 기반의 Direct transfer 메시지에 인캡슐하여 펨토 기지국에 전송한다.
다음으로 펨토 기지국은 상기 Direct Transfer 메시지에서 상기 접속 완료 메시지, 커넥션 완료 메시지 또는 어태치 완료 메시지를 추출하고, 상기 추출된 메시지를 S1-AP 기반의 UL(Uplink) NAS Transport 메시지에 인캡슐하여 MME로 전송한다.
한편, MME는 생성된 베어러(Bearer)를 변경하기 위해 베어러 변경 요청 메시지, 예컨대 Modify Bearer Request 메시지를 EPC 내의 S-GW로 전송하고, S-GW는 이에 대한 응답으로 Modify Bearer Response 메시지를 MME로 전달하는데, 이로써 단말과 S-GW 사이에서 UL/DL 페이로드 데이터의 송수신이 가능해진다.
전술한 바와 같이, 단말이 펨토 기지국의 서비스 영역에 입장하면 도 2에 도시한 과정을 수행하여 EPC로부터 사용할 IP 주소를 받아온다. 이 과정에서 EPC는 펨토 기지국과 단말의 데이터 전송에 사용할 베어러를 S1 인터페이스 상에 설정하는데, 이렇게 설정된 베어러의 ID를 'TEID'라고 한다. 이러한 TEID는 도 2에 도시한 S1 시그널링 메시지인 Initial Context Setup Request(Attach Accept) 메시지 안에 담겨 있다.
이후에 단말이 EPC로 IP 패킷을 전송할 경우에 이러한 IP 패킷은 펨토 기지국으로 우선 전송되는데, 이후 펨토 기지국은 IP 패킷에 GTP(GPRS Tunneling Protocol) 헤더를 붙이고 터널링 동작을 수행하여 EPC와 통신한다. 이때 GTP 헤더에는 EPC가 할당한 TEID가 붙게 된다.
따라서 Initial Context Setup Request 메시지를 통해 단말에 TEID를 ID로 하는 새로운 베어러가 할당되었음을 우선 감지하고, 이후에 단말에서 EPC로 전송되는 IP 패킷의 GTP 헤더의 TEID 값이 새로 설정된 베어러인 경우 GTP 패킷에 포함된 IP 패킷의 소스 IP 주소를 추출하면 단말의 IP 주소를 알 수 있다.
도 3은 본 발명에서 펨토 기지국이 EPC에서 전송되는 Initial Context Setup Request 메시지에서 TEID를 획득하여 저장하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명에서 펨토 기지국이 이동통신 단말기에서 EPC로 전송되는 데이터 패킷에서 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소를 추출하는 과정을 설명하는 흐름도이다.
먼저 도 3에 도시한 바와 같이, 펨토 기지국은 EPC로부터 S1 인터페이스를 통해 수신되는 시그널링 메시지를 지속적으로 분석(단계 S10)하여 수신한 시그널링 메시지가 Initial context Setup Request 메시지인지를 판단(단계 S20)한다. 단계 S20에서의 판단 결과, 수신한 시그널링 메시지가 Initial context Setup Requests 메시지가 아닌 경우에는 단계 S10으로 복귀하는 반면에 맞는 경우에는 단계 S30으로 진행하여 여기에 포함된 TEID를 파싱하여 확인(단계 S40)하고, 다시 단계 S40를수행하여 이렇게 파싱된 TEID를 터미널 IP 주소 테이블에 저장한다. 이 때 주소 테이블의 소스 IP 주소 란은 빈 칸으로 남겨 둔다.
다음으로 도 4에 도시한 바와 같이, 펨토 기지국은 단말로부터 업링크(UL) 패킷 데이터가 수신(단계 S100)되는 경우에 이 패킷에 더해지는 GTP 헤더의 TEID를 확인하고, 이렇게 확인된 TEID가 터미널 IP 주소 테이블에 저장해 둔 TEID와 동일한지를 판단(단계 S110)한다.
단계 S110에서, 확인된 TEID가 터미널 IP 주소 테이블에 저장해 둔 TEID와 동일한 경우에는 다시 단계 S120으로 진행하여 여기에 매칭된 IP 주소가 존재하는지를 판단한다.
단계 S110에서, 확인된 TEID가 터미널 IP 주소 테이블에 저장해 둔 TEID와 동일하지 않거나 단계 S120에서 해당 TEID에 매칭되어 있는 IP 주소가 존재하는 경우에는 확인하고자 하는 단말에 할당된 IP 주소가 아니기에 이를 무시한 채로 단계 S100으로 복귀한다.
반면에 단계 S110에서, 확인된 TEID가 터미널 IP 주소 테이블에 저장해 둔 TEID와 동일하고 또한 단계 S120에서 해당 TEID에 매칭되어 있는 IP 주소가 존재하지 않는 경우에는 해당 IP 주소가 확인하고자 하는 단말에 할당된 IP 주소이기에 소스 IP를 파싱(단계 S130)하여 얻어진 업링크 데이터 패킷의 소스 IP 주소를 터미널 IP 주소 테이블에 저장(단계 S140)함으로써 필요시 사용할 수 있도록 한다.
이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 이동통신 단말기, 101: 로컬 서빙 게이트웨이(L-SGW),
102: 로컬 PDN 게이트웨이(L-PGW), 103: 펨토 기지국,
104: 펨토기지국 게이트웨이, 105: 이동성 관리 엔티티(MME),
106: 서빙 게이트웨이(S-GW), 107: PDN 게이트웨이(P-GW),
108: 매크로 기지국

Claims (3)

  1. 펨토 기지국에 의해 수행되며,
    핵심망으로부터 S1 인터페이스를 통해 수신되는 시그널링 메시지를 지속적으로 분석하여 펨토 기지국과 이동통신 단말의 데이터 전송에 사용될 베어러 ID인 TEID를 확인한 후에 저장하는 (a) 단계;
    단말로부터 수신되는 업링크 패킷 데이터에 더해지는 GTP 헤더의 TEID를 확인한 후에 상기 단계 (a)에서 저장된 TEID와 동일한지를 판단하는 (b) 단계 및
    상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 상기 확인된 TEID와 상기 저장된 TEID가 동일한 경우에는 상기 업링크 패킷 데이터의 소스 IP 주소를 당해 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소로 결정하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 TEID는 S1 메시지인 Initial context Setup Request 메시지로부터 추출하는 것을 특징으로 하는 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서는 추출된 상기 TEID를 터미널 IP 주소 테이블에 저장하되 상기 주소 테이블의 소스 IP 주소 란은 빈 칸으로 남겨 두고,
    상기 (c) 단계에서는 상기 확인된 TEID와 상기 저장된 TEID가 동일한 경우에 상기 주소 테이블의 소스 IP 주소 란이 빈 칸인 경우에만 상기 업링크 패킷 뎅터의 소스 IP 주소를 당해 이동통신 단말기에 할당된 IP 주소로 결정하는 것을 특징으로 하는 LTE 펨토셀에서 이동통신 단말기의 IP 주소 획득 방법.
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