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KR101052375B1 - 무선랜 타이트 커플링 해법 - Google Patents

무선랜 타이트 커플링 해법 Download PDF

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KR101052375B1
KR101052375B1 KR1020107025419A KR20107025419A KR101052375B1 KR 101052375 B1 KR101052375 B1 KR 101052375B1 KR 1020107025419 A KR1020107025419 A KR 1020107025419A KR 20107025419 A KR20107025419 A KR 20107025419A KR 101052375 B1 KR101052375 B1 KR 101052375B1
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귈라움 비초트
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톰슨 라이센싱
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Abstract

표준 무선랜 및 인터넷을 통해 셀룰러 시스템과 모바일 단말 사이에서 통신하기 위한 방법은, 데이터 통신이 셀룰러 네트워크의 코어를 가로질러 가는 것을 가능하게 하며, 이에 의해 빌링 목적으로 가입자에 의한 사용 시간 및 양을 모니터링할 수 있도록 한다. 사용자 단말은 무선랜과 통신하기 위한 통신 프로토콜을 가지는데, EAP/EAPOL 프로토콜은 이를 통한다. RAL 프로토콜은 EAP/EAPOL 프로토콜 위에 있다. 셀룰러 시스템에서, SGSN은 인터넷을 통해 셀룰러 시스템과 무선랜 사이에 통신을 제공하기 위한 RAL/EAP/TCP-IP 프로토콜을 가진다.

Description

무선랜 타이트 커플링 해법{WLAN TIGHT COUPLING SOLUTION}
본 발명은 무선 LAN에 의한 사용자 단말 및 셀룰러 통신 시스템 간의 통신에 대한 것이다. 무선 LAN은 인터넷에 의해 셀룰러 시스템과 통신한다. 사용자 단말은 무선 LAN 액세스 포인트를 통해 셀룰러 통신 시스템에 부착된다.
공중 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템은 보다 일반적이 되어 가고 있으나, WLAN 시스템은 대부분 독립적으로 조작되고 제어된다. 따라서, WLAN 시스템에 대한 다수의 개별적인 소유자/운영자가 존재한다. 각각의 개별적으로 제어되는 시스템은 "도메인(domain)"이라 칭해진다. 너무 많은 수의 소유자/운영자 또는 도메인들 때문에, 특히 자신의 휴대용 통신 장치가 사용가능성을 알려주는 경우에만 잠재적인 사용자가 특정 영역 내의 무선 국부 영역 시스템(wireless local area system)의 존재를 알아차릴 수 있다는 사실을 고려할 때, 사용자가 접속될 수 있는 모든 서로 다른 WLAN 시스템에 가입하는 것은 어렵거나 불가능하다. 이러한 상황을 개선하고 향상된 서비스를 제공하기 위해, 일부 서비스 제공자들은 다른 제공자들과 협약을 맺는 것에 의해 2개 이상의 개별적인 WLAN 시스템을 몇몇 방식으로 통합한다.
통신 서비스 제공자는 다양한 서로 다른 종류의 서비스를 제공할 수 있다. 통신 서비스 제공자가 셀룰러 통신 네트워크(3GGP 또는 휴대전화 서비스) 제공자인 경우에, 그 제공자는 셀룰러 네트워크에 의해 인증된 사용자와 사용가능한 인터넷 액세스를 만들 수 있으나, 인터넷 액세스는 무선랜(WLAN)에 의한다. 이러한 인터넷-온리 WLAN 서비스에서, 인터넷 데이터는 결코 셀룰러 시스템을 가로질러 가거나 이를 거쳐 전달되지 않는다. 그러나, 인터넷 서비스와 관련된 인증(authentication), 인가(authorization) 및 회계 제어 데이터는 셀룰러 시스템을 가로질러 갈 수 있다. "루스 커플링(loose coupling)"이란 용어는 접속을 하기 위한 제어 데이터 및 사용자의 인증, 인가 및 회계 정보가 WLAN을 통해 셀룰러 시스템으로 라우팅되나, 한번 접속이 설정되면 사용자 데이터가 단지 WLAN을 통해서만 인터넷 또는 다른 네트워크로 라우팅되는 통신에 적용된다. 루스 커플링 배치는 셀룰러 및 WLAN 시스템이 실질적으로 독립적이며, 따라서 셀룰러 시스템 운영자가, WLAN 시스템의 시간 사용 또는 데이터의 양 -이들 중 어느 하나 또는 둘 모두가 고객에 대한 과금(customer billing)에 유용할 수 있음- 에 관한 정보를 쉽게 액세스하지 못한다는 단점을 가진다. 더욱이, 사용자는 SMS와 같은 특정 셀룰러 네트워크 지정 서비스에 액세스할 수 없다.
통신 서비스의 또다른 가능한 타입은, 사용자 데이터 및 제어 정보가 모두 셀룰러 네트워크를 가로질러 가는 풀 셀룰러 네트워크 기반 액세스이다. 이러한 서비스에서, WLAN은 셀룰러 네트워크의 무선 네트워크 부문으로서 동작하며, 사용자는 인터넷 액세스 및 SMS와 같은 특정 서비스를 포함하는 전체 셀룰러 네트워크 서비스 세트에 대한 액세스를 가진다. 이러한 타입의 통신은 "타이트" 커플링으로 알려져 있다. 이론적으로 어필하고, 잠재적으로 사용자 및 서비스 제공자에게 유리한 반면에, 그 프로토콜 및 필요 기반구조가 WLAN에 불리하게 영향을 미칠 수 있기 때문에 타이트 커플링은 다양한 표준화 그룹들에 의해 너무 복잡한 것으로 고려되어 왔다. 현재, ETSI(European Telecommunication Standard Institute), IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers), 3GPP(3rd Generation Partnership Project)와 같은 특정 표준화 단체들은 상대적인 단순성 때문에 루스 커플링 모델에 초점을 맞추고 있다.
도 1은 전체적으로 참조번호 10으로 표시된 종래의 GPRS 3GPP 디지털 셀룰러 통신 시스템의 단순화된 블록도이다. 일반적으로, 이러한 시스템은 디지털 셀룰러 통신 시스템(Phase 2+)(GSM), UMTS(Universal Mobile Telecommunication System), GPRS(General Packet Radio Service), 서비스 설명, 스테이지 2(3GPP TS 23.060 버전 3.7.0 릴리스 1999)에 대한 표준들을 고수한다. 도 1의 시스템(10)은 무선 액세스 네트워크(RN 또는 RAN)(12) 및 코어 네트워크(CN)(14)를 포함한다. 무선 액세스 네트워크(12)는 무선 네트워크 제어기들(RNCs)의 집합(16)을 포함하는데, 이들 중 일부가 참조번호 16a 및 16b로서 예시되어 있다. RNC 16b와 같은 집합(16) 중의 각각의 무선 네트워크 제어기(RNC)는 적어도 하나의 "기지국(base station)" 또는 "노드 B"를 제어한다. 도 1에서, RNC 16b는 노드 B 기지국(18a 및 18b)을 포함하는 집합(18)을 제어한다. 각각의 노드 B 기지국은 셀룰러 시스템의 셀에 대응한다. 각각의 노드 B 기지국은 또는 셀은 무선 수단에 의해 하나 이상의 이동 사용자들(mobile users; UE)과 통신하는데, 이들 중 하나가 참조번호 20으로 표시되어 심벌 22에 의해 제안되는 바와 같이 해당 셀의 존 내에 위치되어 있다.
도 1의 통신 시스템(10)의 코어 네트워크(CN)(14)는 SGSN(Serving GPRS Support Nodes)의 집합(30)을 포함하는데, 이들 중 두 개가 30a 및 30b로 표시되어 있다. 집합(30) 중의 각각의 SGSN은 무선 액세스 네트워크(12)에 의한 코어 네트워크(14) 및 사용자(20) 간의 접속을 관리하기 위한 서비스를 제공한다. 본 문맥에서, 접속의 관리는 접속, 인증, 및 이동성(mobility)에 대한 관리를 지칭한다. 본 문맥에서, 접속 관리는 데이터를 전송할 수 있도록 하기 위한 무선 리소스, 메모리 및 우선순위와 같은 예비 네트워크 리소스(provision network resource)에 대한 프로세스에 의존한다. 이동성은 사용자가 다수의 셀을 따라 이동할 수 있도록 하는 프로토콜/프로세스의 집합으로서, 또한 핸드오버(handover)로서 알려져 있다. 각각의 SGSN은 또한 사용자에게 SMS(Short Messaging System)와 같은 다른 3G 서비스들에 대한 액세스를 제공하는 "프론트 엔드(front end)"로서 역할한다.
코어 네트워크(14)의 SGSN들의 집합(30)의 SGSN은, 외부 메모리(40)로서 도시되어 있는 HLR(Home Location Register)과 통신한다. HLR(40)은 네트워크(10)의 각각의 가입자에 관한 모든 관련 정보를 포함하는 데이터베이스이다. SGSN의 집합(30), 예컨대 SGSN(30a)은 HLR(40)을 참조하는 것에 의해 사용자를 식별하고 인증한다.
코어 네트워크(14)의 GGSN(Gateway GPRS Support Node)(32)은 인터넷과 같은 외부 인터넷-프로토콜(IP) 기반 패킷 데이터 네트워크(Packet Data Network; PDN)(110)와 코어 네트워크(14) 간의 상호접속을 제공한다.
시스템(10)은 또한 코어 네트워크(14) 내에 보더 게이트웨이(Border Gateway; BG)(34)를 포함한다. 보더 게이트웨이(34)는 사용자가 서로 다른 도메인들(운영자들) 사이에서 로밍(roaming) 할 수 있도록 해 주는 기능부(function)이다. 보더 게이트웨이(34)는 외부 PLMN(Public Land Mobile Network)(134)에 연결된다.
시스템(10)의 동작에서, 집합(16) 중 RNC들(16a, 16b)은 코어 네트워크(14)와 무선 액세스 네트워크(12) 간의 인터페이스를 구현 내지 실현한다.
도 2a는 SGSN들의 집합(30), RNC들의 집합(16), 노드 B의 집합(18), 및 모바일 단말(mobile terminal; UE)(20)의 제어 프로토콜 스택들의 단순화된 예시이며, 도 2b는 도 2a의 SGSN(30) 및 UE(20) 사이에 사용자 데이터 채널을 개방하기 위한 일련의 연속적인 프로토콜 동작들을 예시한다. 도 2a에서, 모바일 단말 UE와 연관된 프로토콜들은 전체적으로 참조번호 220으로 표시되고, 노드 B와 연관된 프로토콜들은 전체적으로 참조번호 250으로 표시되며, RNC와 연관된 프로토콜들은 전체적으로 참조번호 216으로 표시되고, SGSN들과 연관된 프로토콜들은 전체적으로 참조번호 230으로 표시된다. 노드 B와 모바일 노드 UE 사이의 무선 인터페이스는 WCDMA와 같은 표준화된 3G 셀룰러 무선 인터페이스 중 하나에 해당한다. 모바일 단말 UE에서, MAC(Medium Access Control) 프로토콜은 RLC(Radio Link Control) 프로토콜과 함께 정보의 속성이 무엇이든지 간에(즉, 사용자 데이터 또는 제어) 정보의 전송을 가능하게 한다. RRC(Radio Resource Control) 프로토콜은 UE와 RNC 사이에서 무선 접속 제어(생성, 제거, 및/또는 접속의 수정)를 위해 사용된다. GMM(GPRS Mobility Management) 프로토콜 및 CM(Connection Management) 프로토콜들은 모바일 단말과 SGSN 사이에서 각각 이동성 관리(인증 및 핸드오버) 및 사용자 데이터 접속 관리를 위해 사용된다. 노드 B(또는 기지국)는 도 2a에 표시되지 않은 프로토콜들의 집합의 사용을 통해 RNC의 제어하에 있다. RNC는, 도시되지 않은 ATM(Asynchronous Transfer Mode)에 기초한 프로토콜 스택에 의해 전달되는 RANAP(Radio Network Application Protocol) 프로토콜을 이용하여 SGSN에 의해 제어된다. SGSN은 제어를 위해, TCP/IP 프로토콜 스택에 기초한 프로토콜 스택에 의해 전달되는 GTP-C(GPRS Tunneling Protocol-Control)를 이용하여 도 1의 GGSN(32)과 통신한다. 도 2b는 모바일 단말과 SGSN 사이에 데이터 사용자 채널을 개방하기 위한 연속적인 프로토콜 동작들의 시퀀스도를 나타낸다.
처음에, 단말(20)과 같은 모바일 단말 UE가, 일단 스위치 온 되면, 브로드캐스트 다운링크 정보를 캐치 또는 캡처하는데, 이에 의하여 UE가 물리적 전송 기회(physical transmission opportunity)를 통해 SGSN으로 첨부 요구(attachment request)를 전송할 수 있게 된다. SGSN은 즉시 제어 목적만을 위해 사용되는 신호 채널을 개방한다. 이러한 프로세스는 도 2b에 도시되어 있으며, 원 내의 참조번호 1에 의해 제1 단계로서 표시된다. 기본 신호(또는 제어) 채널이 설정되면, 모바일 단말 UE는 CM 프로토콜을 통해 또는 이용해 QOS(Quality Of Service) 파라미터들에 의해 특징져지는 사용자 데이터 접속을 요구한다(도 2b의 단계 2). 도 1의 SGSN(30a)과 같은 적합한 SGSN이 그 요구를 검증하고(모바일 단말이 요구되는 서비스에 대해 인증되는지를 결정하고) RANAP를 통해 또는 이용해 관련 RNC가 QOS 파라미터들과 연관된 무선 접속을 설정하도록 요구한다(도 2b의 원으로 표시된 단계 3). RNC(본 경우에는 16b)는 QOS 파라미터들을 해당 무선 접속을 설정하기 위해 사용되는 파라미터들로 번역하고, 기지국{본 경우에는 노드 B(18a)} 및 모바일 단말 UE 양쪽에서 무선 접속을 명령한다(도 2b의 원으로 표시된 단계 4에 대응). RNC는 RRC 프로토콜을 이용하여 단말을 제어한다. UE(20) 및 노드 B(18a)는 RNC에 의해 전달되는 파라미터들을 이용하여(이들을 변화없이 전달함), RLC, MAC 및 물리적 계층들을 포함하는 자신들 각각의 무선 프로토콜 계층들을 구성한다. 그 후, 무선 채널이 설정된다(도 2b의 원으로 표시된 단계 5). 노드 B(18a)와 모바일 단말 UE 모두 그 동작을 확인하며, RNC는 그 동작을 SGSN으로 통지한다(도 2b의 원으로 표시된 단계 6). 마지막으로, SGSN은 그 동작의 성공을 CM 프로토콜을 이용하여 모바일 단말로 통지한다(도 2b의 원으로 표시된 단계 7).
도 3은 3G GPRS 사용자 데이터 프로토콜 스택의 단순화된 표현이다. 예컨대, 인터넷-프로토콜(IP) 형태일 수 있는, 사용자 단말 UE에서 기원하는 사용자 데이터(도시되지 않음)는 사용자 단말 UE와 SGSN 사이에서, 일부 대역폭을 유지하기 위해 IP 헤더를 압축하는 PDCP(Packet Data Compression Protocol)을 이용하여 전송된다. RNC 스택과 SGSN 스택(330) 사이에서, 도 1의 코어 네트워크(14)의 나머지 내에서 도 1의 GGSN의 스택(도 3에 도시되지 않음)까지, 사용자 데이터가 도 3에 표시되는 UDP/IP를 통해 구현되는 GTP(GPRS Tunnel Protocol)에 의해 전달된다.
도 4는 3G-WLAN 루스 커플링 배치의 개념적인 표시이다. 도 4에서, 인터넷은 구름 또는 원(410)으로서, 공중 WLAN 시스템은 구름 또는 원(412)으로서 예시되며, 도 1의 참조번호 14에 해당하는 3G 코어 네트워크는 참조번호 414로 표시된다. 또한, 도 4는 대표 웹 서버(416) 및 도 1의 사용자(20)에 해당하는 모바일 사용자(420)를 도시한다. 도 4에 의해 표시되는 종래 시나리오에서, 사용자(420)는 공중 WLAN(412)의 커버 영역 내에 있다.
도 4의 모바일 사용자(420)가 자신의 모바일 단말을 켜서 참조번호 430으로 표시되는 접속 요구를 할 경우, WLAN(412)은 이러한 사실을 감지하고, 그 접속 요구를 제어 경로(428)를 이용하여 인터넷(410)을 통해 코어 네트워크(414)의 AAA(Authentication, Authorization, and Accounting) 부문(424)으로 보낸다. AAA(424)는 자신의 HLR(40)을 참조하여, 사용자의 데이터가 인증된 사용자의 데이터에 해당하는지를 결정한다. 인증된 후에, AAA(424)는 WLAN(412)이 사용자 데이터 트래픽이 액세스 포인트를 통과하도록 인가한다. 그 후, 사용자는 웹 서버(416)와 통신하는 데이터 경로(426)를 통해, 브라우징함으로써 인터넷을 사용할 수 있다.
통신 도메인에서, 프로토콜들은 3개의 서로 다른 면들, 즉 관리, 제어 및 사용자로 나뉜다. 관리 프로토콜들은 장비들을 구성하는 방법을 제공한다. 제어 프로토콜들은 그 장비들을 동적으로 제어/명령(예컨대, 접속 설정)하는 방법들을 제공한다. 사용자 면 프로토콜들은 사용자 데이터를 전달하는 방법을 제공한다. 3개의 프로토콜 스택들은 공통 프로토콜들, 특히 정보의 전송과 관련된 공통 프로토콜들을 포함할 수 있다. 도 5는 루스 커플링 모델의 경우의 제어 면 프로토콜 스택을 도시한다. TCP/IP/Ethernet에 기초하는 대응 사용자 면 프로토콜 스택은 종래 기술에 해당하여 도시되지 않으나, 단지 WLAN MAC을 통해 이더넷을 통하는 IP이다(우리 예에서는 IEEE 802.11).
도 4의 AAA 서버(424), AP(Access Point)(412) 및 모바일 단말(420)과 연관된 제어 프로토콜 스택들은 도 4에 각각 참조번호 520, 516 및 530으로 표시된다. 도 5는 IEEE 802.11을 모바일 단말(520)과 AP(516) 사이의 무선 인터페이스로서 가정하나, 또한 ETSI Hiperlan2 프로토콜과 같은 기타 다른 WLAN 프로토콜들이 사용될 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, EAPOL 정보는 모바일 단말(520)과 AP(516)에서 전송된다. EAPOL은 EAP Over LAN을 지칭하는데, 여기서 LAN은 공중 WLAN이다. EAPOL은 이더넷 프레임들 내에서 EAP 패킷들을 전달하기 위해 사용되는 표준화된 프로토콜(IEEE 802.1X)이다. "EAP"는 확장된 인증 프로토콜(Extended Authentication Protocol)을 나타내는데, 이는 임의의 종류의 인증 프로토콜을 전달하기 위해 사용되는 프로토콜이다. 인증 프로토콜은, 예컨대 3GPP 표준 보디에 의해 선택될 수 있는 EAP AKA 및 EAP SIM일 수 있다. DIAMETER 프로토콜은 AAA에 의한 사용자의 인증을 제어하기 위해 사용되는 공지된 IETF 프로토콜(RFC 3588)이다. 이것은 RADIUS 프로토콜(RFC 2138)과 같은 기타 다른 등가 프로토콜들에 의해 대체될 수 있다. 사용자(520)가 인증되면, 즉 도 4의 AAA 서버(424)가 자신의 HLR 또는 기입 데이터베이스(40)의 해당 엔트리를 검색하여, 인증 프로토콜이 성공되면, AAA 서버(424)(도 5의 530)는 인증된 사용자(420)(도 5의 520)에 해당하는 이더넷 트래픽의 잠금을 해제하기 위해 DIAMETER 메시지를 AP(412)(도 5의 516)로 전송한다.
본 발명은, 모바일 단말이 제1 및 제2 네트워크{여기서, 제1 네트워크는 무선랜(WLAN)을 포함하며, 제2 네트워크는 셀룰러 네트워크를 포함함}를 통해 통신 네트워크와 통신할 수 있도록 하는 타이트 커플링 배치를 구현하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 특정 무선 네트워크 제어 프로토콜들을 모바일 단말 내에 배치하여, 타이트 커플링 배치가 루스 커플링 배치에 대해 구성되었던 WLAN 액세스 포인트를 사용하여 유리하게 구현될 수 있도록 한다. 특히, 본 발명은 제1 및 제2 통신 네트워크 사이에 타이트 커플링 배치를 구현하여, 모바일 단말이 상기 제1 및 제2 통신 네트워크를 통해 제3 통신 네트워크와 통신할 수 있도록 하기 위한, 다음과 같은 단계들을 포함하는 방법을 제공한다: (a) 상기 제1 통신 네트워크에서, 루스 커플링 배치 내의 동작에 대해 수정되어, 상기 모바일 단말이 상기 제2 통신 네트워크를 통해 가로질러 가지 않고도 상기 제1 통신 네트워크를 통해 상기 제3 통신 네트워크와 통신할 수 있도록 하는 프로토콜 스택들을 갖는 액세스 포인트를 제공하는 단계; (b) 상기 모바일 단말에서, 상기 제2 통신 네트워크의 액세스 장치에서 해당 무선 네트워크 제어기 프로토콜 스택들과 직접 인터페이스하는 무선 네트워크 제어기 프로토콜 스택들을 제공하는 단계; 및 (c) 상기 제2 통신 네트워크의 상기 액세스 장치에서, 상기 모바일 단말 무선 네트워크 제어기 프로토콜 스택들과 인터페이스하기 위한 상기 해당 무선 네트워크 제어기 프로토콜 스택들 - 이에 의해, 상기 모바일 단말은 상기 액세스 장치와 직접 통신하여 상기 제2 통신 네트워크를 가로질러 가며, 이에 의해 타이트 커플링 배치에서 상기 제3 통신 네트워크와 통신함 - 을 제공하는 단계.
본 발명의 방법의 본 양상의 특정 모드에서, 특정 데이터를 통신하는 단계는 SGSN과 인터넷과 연관된 서버 사이에서 특정 데이터를 통신하는 추가 단계를 포함한다. 그 결과, 사용자 단말은 인터넷을 액세스하거나 브라우즈할 수 있다.
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 모바일 사용자 단말과 셀룰러 네트워크 사이에서 무선랜을 통해 통신하기 위한 방법은, 사용자 단말에서 무선랜과 통신하기 위한 통신 프로토콜을 제공하는 단계, 및 사용자 단말에서 통신 프로토콜을 통해 패킷 프레임 통신을 위한 표준화된 EAPOL 프로토콜을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 사용자 단말에서, EAPOL 프로토콜을 통해, 인증 제어 정보를 통신하기 위한 표준화된 EAP 프로토콜의 제공을 포함하며, 사용자 단말에서 EAP 프로토콜을 통해, 무선 통신의 제어를 제공하는 RAL 프로토콜을 제공하는 단계를 더 포함한다. 셀룰러 네트워크에서, SGSN이 제공된다. 인터넷을 통한 통신을 위해 적응된 인터넷 프로토콜 스택은 SGSN과 연관된다. 인터넷을 통해 인증 제어 정보를 통신하기 위한 표준화된 EAP 프로토콜이 인터넷 프로토콜 스택을 통해 제공된다. 무선 통신의 제어를 제공하는 RAL 프로토콜이 SGSN에서 EAP 프로토콜을 통해 제공된다. 통신은 인터넷을 통해 무선랜과 셀룰러 시스템 사이에 있다. 최종적으로, 통신이 RAL을 사용하여 사용자 단말과 무선랜 사이에서 제공된다.
본 다른 방법의 특정 모드에서, 셀룰러 네트워크에서 SGSN을 제공하는 단계, 및 상기 SGSN을 인터넷을 통한 통신을 위해 적응된 인터넷 프로토콜 스택과 연관시키는 단계는, 물리적 계층을 통해 적어도 TCP/IP 프로토콜을 제공하는 단계 및 상기 TCP/IP 프로토콜을 통해 Diameter 프로토콜을 제공하는 단계를 포함한다.
표준 무선랜 및 인터넷을 통해 셀룰러 시스템과 모바일 단말 사이에서 통신하기 위한 방법은, 데이터 통신이 셀룰러 네트워크의 코어를 가로질러 가는 것을 가능하게 하며, 이에 의해 빌링 목적으로 가입자에 의한 사용 시간 및 양을 모니터링할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 3G GPRS 디지털 셀룰러 통신 시스템의 아키텍처 또는 단순화된 기능 블록도.
도 2a는 도 1의 시스템의 다양한 부문들의 3G GPRS 프로토콜 스택들의 단순화된 표현을 나타내는 도면이며, 도 2b는 도 1의 다양한 부문들 사이에 사용자 데이터 채널을 개방하기 위한 일련의 연속적인 프로토콜 동작들을 예시하는 도면.
도 3은 3G GPRS 사용자 데이터 프로토콜 스택의 단순화된 표현을 나타내는 도면.
도 4는 종래의 3G-WLAN 루스 커플링의 개념적인 표현을 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 AAA 서버, 액세스 포인트(AP), 및 모바일 단말과 관련된 제어 프로토콜 스택들을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 양상에 따른 데이터 및 제어 정보에 대한 흐름의 단순화된 표현을 나타내는 도면.
도 7 및 8은, 도 6에 표현된 접속 기능들을 구현하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 및 데이터 프로토콜 스택들을 예시하는 도면.
앞에서 표시된 종래 기술은, WLAN-셀룰러 네트워크 상호-접속에 대해, 루스 커플링 모델이 단순하나, 상대적인 단순함이 몇몇 바람직하지 않은 한계 또는 문제점들과 연관된다는 것을 보여준다. 이들에는, 인증 프로토콜이 새롭고(IEEE 802.1X, EAP, ...), 결과적으로 셀룰러 네트워크 내에 새로운 장비{도 4에서의 AAA 서버(424)}, 기존 장비들과의 새로운 인터페이스{도 4에서의 HLR(40)}를 요구하며, 모두가 새로운 패러다임에 복종해야 한다는 사실이 포함된다. 또한, 핸드폰과 같은 모바일 단말 장비는, 첨부(attachment)가 종래의 셀룰러 무선 인터페이스(도 1에서의 22)를 통하여 또는 WLAN 무선 인터페이스(도 7)를 통하여 행해지는지에 따라, 2개의 서로 다른 프로토콜 스택들을 포함해야 한다. 또한, 루스 커플링 모델은 SMS와 같은 셀룰러 네트워크 지정 서비스의 액세스를 금지한다.
본 발명은, 루스 커플링 모델에서와 같이 모바일 단말 UE가 WLAN을 통해 액세스 포인트로서 통신되거나 첨부되는 타이트 커플링 모델을 구현한다. 예시적인 실시예에서, WLAN은 인터넷을 통해 셀룰러 네트워크와 통신하나, WLAN은 또한 기타 다른 적당한 통신 네트워크를 통해 셀룰러 네트워크와 통신할 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 본 발명의 일 양상에 따른 시스템에서 사용되는 WLAN 내의 프로토콜 스택은 루스 커플링의 경우에 사용되는 것과 동일한(또는 적어도 동일할 수 있는) 프로토콜 스택을 가지며, 따라서 루스 커플링 모델에 대해 사용되는(또는 사용될 수 있는) WLAN은 또한 어떤 수정 없이도 타이트 커플링 트래픽을 처리할 수 있다. 본 발명에서 얻을 수 있으나 종래 루스 커플링 모델에서 발견될 수 없는 추가적인 장점은, 사용자 데이터 접속을 관리하고 (인증을 포함하는) 이동성을 관리하기 위해 사용되는 사용자 단말 및 SGSN에서의 신호 프로토콜이 CM 및 GMM 프로토콜과 같은 셀룰러 네트워크 사양들에 의해 이미 표준화된 것이라는 점이다. 본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 셀룰러 네트워크 무선 인터페이스(도 1에서의 22) 기술과 연결된 무선 제어 프로토콜들(도 2a에서의 RRC) 및 이들의 완전한 재설계의 복잡함을 피하기 위해, RAL이라고 불리는 새로운 단순화된 프로토콜이 정의된다. RAL 계층은 공지된 RANAP 프로토콜의 부분집합이며, 접속을 설정하고, 관리하기 위한 명령어들을 포함한다. 이러한 새로운 프로토콜은 RANAP 프로토콜(도 2a)과 매우 유사하며, 따라서 쉽게 구현될 수 있다. RAL 프로토콜 계층은 또한 SGSN에서 유사하게 구현될 수 있다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 도 1, 2a, 2b, 3, 4 및 5와 함께 설명된 루스 커플링 시나리오와 대조적으로, 본 RAL 프로토콜을 이용한 SGSN으로부터 모바일 단말 UE로의 접속 요구들이 직접 QOS 파라미터들을 모바일 단말에게 제공하며, 모바일 단말은 이들 파라미터들을 무선 종속적인 파라미터들로 번역한다. 또한, 도 8과 함께 아래에서 설명될 바와 같이, 사용자 데이터의 전송이, 도 3과 함께 위에서 설명된, 전송 프로토콜 GTP-U가 SGSN 및 모바일 단말 UE 사이에서 사용되는 종래의 모델에 따르며, 따라서 SGSN에서 어떠한 변화도 초래하지 않는다.
도 6은 본 발명의 일 양상에 따른 데이터 및 제어 정보에 대한 흐름의 단순화된 표현이다. 도 6에서, 도 4의 소자들에 대응하는 소자들은 유사한 참조번호에 의해 표시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 모바일 단말(620)에 의한 액세스에 대한 요구를 포함하는 제어 정보는 셀룰러 통신 시스템(600)의 코어 네트워크(630)와 모바일 단말(620) 사이에서, 공중 WLAN(412)을 통해 인터넷(410)을 통과하는 제어 경로(628)를 이용하여 흐른다. 416으로 예시된 원격 웹 서버와 모바일 단말(620) 사이를 흐르는 사용자 데이터는 데이터 경로(626a)에 의해 WLAN(412)을 통해 인터넷(410) 및 코어 네트워크(630)를 흐르며, 그 후 코어 네트워크(630)와 웹 서버(416) 사이의 추가적인 경로(626b)에 의해 다시 인터넷(410)을 이용해 흐른다.
도 7 및 8은, 도 6에 표현된 접속 기능들을 구현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 및 데이터 프로토콜 스택들을 각각 예시한다. 도 7에서, 참조번호 720은 모바일 사용자 UE(도 6의 620)에 대한 제어 프로토콜 스택을, 참조번호 730은 SGSN(도 6의 630)에 대한 제어 프로토콜 스택을, 참조번호 760은 액세스 포인트(AP)에 대한 제어 스택을 나타낸다. 도 7의 액세스 포인트(AP)의 프로토콜 스택은 루스 커플링 모델에서 사용되는 종래의 무선랜의 그것과 정확히 동일하다. 도 7의 스택들을 루스 커플링 해법의 스택들과 비교해보면, 도 2a에서 예시된 바와 같이, 무선 링크, 즉 스택들(250 및 252)과 관련된 모든 프로토콜들이 사라졌다는 것을 알 수 있다. 도 2a의 배치에서 사용되는 3GPP UMTS RANAP이 도 7에서, 암호화와 관련된 일부 추가 명령어들이 더해진 RANAP의 부분집합이며 모바일 단말 및 SGSN에서 구현되는 RALP(Radio Adaptation Layer Protocol)로 대체되어 있다.
대부분의 RALP 메시지들은 RANALP에 기초한다. 그러므로, RALP 헤더는 메시지의 포맷을 지시하는 값을 포함한다. 일반적인 RALP 메시지 포맷은 (a) 버전 번호, (b) 보전 체크 정보(보전 보호가 요구되는 경우에만), 및 (c) 나머지 정보 소자들(IE)을 포함한다.
따라서, UE(720) 및 SGSN(730)의 RAL 엔티티는 RANAP의 기능들을 수행한다. RALP 제어 정보는 도 7의 SGSN(730)과 도 7의 사용자 단말(720) 사이에서 액세스 포인트(760)를 통해 전송되나, RALP 제어 정보는 액세스 포인트에 의해 처리되지는 않으며, 따라서 경로(761)에 의해 제안되는 바와 같이 SGSN과 UE 사이를 본질적으로 직접 흐른다.
도 7에서, 액세스 포인트(760)가 도 5의 "루스 커플링" 해법과 함께 설명된 정확히 그대로 구성되거나 또는 프로토콜 스택들을 가진다는 것에 주의해야 한다. 보다 구체적으로는, 도 5의 액세스 포인트(516)는 도 7의 AP 스택(760)의 좌측 부분에 해당하는 EAPOL/WLAN 프로토콜 및 물리적 무선 장비를 가지고 모바일 단말과 통신한다. 유사하게, 도 5의 액세스 포인트(516)는, 도 7의 AP 스택(760)의 우측 부분에 표현된 프로토콜 스택과 동일한 Diameter/TCP-IP 프로토콜들과 함께 물리적 레벨(표현적으로 예시되지는 않음)을 통해 도 4의 코어 네트워크(414)의 AAA 부문(530)과 통신한다. 또한, 도 7에서 설명되는 인증 프로토콜 및 기타 제어 프로토콜이 3G 셀룰러 사양 문서, 보다 구체적으로는 3GPP UMTS: 접속 관리 SM 및 SMS 사양서 및 그 문서의 제1 섹션에서 소개된 바와 같이 GMM에 의해 이미 특정된 것들이라는 점에 주목해야 한다. 결과적으로, 무선랜 액세스 포인트는, 타이트 커플링 배치를 구현하기 위해 필요한 어떤 실질적인 수정 없이도 발명의 배치로 동작할 수 있으며, 이것은 큰 장점이 된다.
모바일 단말 UE가 무선랜의 커버 영역 내로 이동할 경우 또는 그러한 커버 영역 내에서 최초로 스위치 온 될 경우, 그것은 루스 커플링 시나리오들과 관련하여 설명된 절차에 적응하여 먼저 원격 서버(본 경우에는 SGSN)와 EAP 접속을 설정한다. 액세스 포인트는 제어 또는 EAP 트래픽만을 인증하거나 전달한다. 3G GPRS 프로토콜(GMM)과 같은 관련 프로토콜에 따라 UE가 인증되는 경우에, SGSN(730)은 본 분야에서 공지된 DIAMETER 메시지를 루스 커플링 시나리오에서 AAA 서버(424)가 따르는 절차를 사용하여 액세스 포인트(760)로 전송함으로써 사용자의 트래픽을 인증한다.
사용자 단말 UE(720)가 접속 관리(CM) 프로토콜을 통해 접속을 요구하는 경우, SGSN(730)은 그 요구를 처리하고, RALP 프로토콜을 이용하여, 모바일 유닛이 접속의 무선 부분을 설정하도록 요구하며, 이에 의해 데이터는 통신될 수 있다. 그 요구에 응답하여, 사용자 단말 UE(720)는 그 요구를 대응 무선 접속을 설정하기 위해 사용되고, 궁극적으로는 WLAN 프로토콜에 의해 완료되는 파라미터들로 번역한다.
도 8은 본 발명에 따른 타이트 커플링 배치를 구현하기 위한 사용자 면에 대한 데이터 프로토콜 스택들을 예시한다. 도 8의 스택들을 도 3의 3G GPRS 스택들과 비교하면, GPRS 무선 네트워크와 관련된 모든 프로토콜들이 없다는 것을 알 수 있다. 사용자 단말, 액세스 포인트 및 SGSN에 대해 예시되는 데이터 스택들은 각각 참조번호 820, 860 및 830으로 표시된다. 본 발명의 주목할만한 특징은, RNC의 무선 제어 기능들이 전술된 프로토콜 스트럭처를 이용하여 모바일 단말의 제어 스택 내에 내장된다는 점이다.
도 8의 데이터 스택 배치에서, GTP는 라인(865)에 의해 지시되는 바와 같이 사용자 단말 UE(820)와 SGSN(830) 사이에서 "직접" 연결된다. GTP 프로토콜은 3GPP 표준에 의해 지정되는 바와 같이 UDP/IP를 통해 전달된다. GTP는, 예컨대 IP 데이터그램들과 같은 사용자 데이터 패킷들을 둘러싼다. 사용자 데이터 패킷들은 액세스 포인트 AP(860) 및 SGSN에 의해 투명하게 IP 라우터의 기능을 수행하는 GGSN(도 1)까지 전달된다.
본 발명에 따른 "타이트" 통신 시스템은 사용자 단말에 대한 이동성을 제공하는데, 이는 GMM 프로토콜에 고유한 것이다. 또한, 그것은 본질적으로 완전한 3G GPRS 서비스, 완전한 회계, 및 보안이 가능한데, 이들은 모두 GMM 프로토콜에 고유한 것이다.
본 발명의 다양한 실시예들의 장점들 중에서, 커플링이 인터넷 프로토콜(IP) 기반 네트워크(인터넷일 수 있음)를 통해서 실현되거나 만들어진다는 점과 그 해법이 3GPP SA2, IEEE 802.11i 또는 ETSI/BRAN에 의해 현재 예견되는 바와 같은 루스 커플링 해법과 적어도 WLAN에 대하여 호환성이 있다는 점이 있다.
따라서, 본 발명의 일 양상에 따른 방법은 모바일 단말(620)과 서버(630; 416) 사이에서 데이터를 통신하기 위한 것이다. 본 방법은 모바일 단말(620)로부터 무선랜 액세스 포인트(412)로 인터넷(410)으로의 데이터 채널 액세스에 대한 요구를 통신하는 단계; 및 데이터 채널에 대한 상기 요구(628)를 무선랜 액세스 포인트(412)로부터 인터넷(410)을 통해 셀룰러 통신 시스템(600)의 SGSN(630)으로 라우팅하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 데이터 채널에 대한 인증(628)을 셀룰러 통신 시스템(600)의 SGSN(630)으로부터 무선랜 액세스 포인트(412)로 인터넷(410)을 통해 통신하는 단계를 포함한다. 인증에 응답하여, 무선랜(412) 및 인터넷(410)을 통하여 사용자 단말(620)과 SGSN(630) 사이에 데이터 채널이 개방된다(627, 626a). 특정 데이터가, 데이터 채널 무선 랜 액세스 포인트(412) 및 인터넷(410)을 통해 사용자 단말(620)과 셀룰러 통신 시스템(600)의 SGSN(630) 사이에서 통신된다.
본 발명의 본 방법의 본 양상의 특정 모드에서, 특정 데이터를 통신하는 단계는 SGSN(630)과 인터넷과 연관된 서버(416) 사이에서 특정 데이터를 통신하는 추가적인 단계를 포함한다. 그 결과, 사용자 단말은 인터넷을 액세스하거나 브라우즈할 수 있다.
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 모바일 사용자 단말(620)과 셀룰러 네트워크(600) 사이에서 무선 랜(412)을 통해 통신하기 위한 방법은, 사용자 단말(620)에서 무선랜(412)과 통신하기 위한 통신 프로토콜(WLANMAC 및 무선)을 제공하는 단계, 및 사용자 단말(620)에서 상기 통신 프로토콜(WLANMAC 및 무선)을 통해 패킷 프레임 통신을 위한 표준화된 EAPOL 프로토콜을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 사용자 단말에서, EAPOL 프로토콜을 통해, 인증 제어 정보를 통신하기 위한 표준화된 EAP 프로토콜의 제공을 포함하며, 사용자 단말에서 EAP 프로토콜을 통해, 무선 통신의 제어를 제공하는 RAL 프로토콜을 제공하는 단계를 더 포함한다. 셀룰러 네트워크(600)에서, SGSN(630)이 제공된다. 인터넷(410)을 통한 통신을 위해 적응된 인터넷 프로토콜 스택(730, TCP/IP)은 SGSN(630)과 연관된다. 인터넷(410)을 통해 인증 제어 정보를 통신하기 위한 표준화된 EAP 프로토콜이 인터넷 프로토콜 스택(730, TCP/IP)을 통해 제공된다. 무선 통신의 제어를 제공하는 RAL 프로토콜이 SGSN(630)에서 EAP 프로토콜을 통해 제공된다. 통신은 인터넷(410)을 통해 무선랜(412)과 셀룰러 시스템(600) 사이에 있다. 최종적으로, 통신이 RAL을 사용하여 사용자 단말(620)과 무선랜(412) 사이에서 제공된다.
본 다른 방법의 특정 모드에서, 셀룰러 네트워크(600)에서 SGSN(630)을 제공하는 단계, 및 상기 SGSN(630)을 인터넷(410)을 통한 통신을 위해 적응된 인터넷 프로토콜 스택(Diameter, TCP/IP)과 연관시키는 단계는, 물리적 계층을 통해 적어도 TCP/IP 프로토콜을 제공하는 단계 및 상기 TCP/IP 프로토콜을 통해 Diameter 프로토콜을 제공하는 단계를 포함한다.

Claims (3)

  1. 모바일 단말에 있어서,
    네트워크와, 다른 네트워크의 액세스 포인트를 통해, 제어 면(control plane)에서 통신하도록 구성되고, RAL(radio adaptation layer) 프로토콜을 포함하는 제1 프로토콜 스택 - 상기 RAL 프로토콜은 SGSN(serving GPRS support node)와 접속을 수립하고 설정하기 위한 RANAP(radio access network adaptation protocol)의 부분집합이고, 상기 제1 프로토콜 스택은 루스 커플링 배치(loose coupling arrangement)를 구현함 - ; 및
    상기 네트워크와 사용자 면(user plane)에서 통신하도록 구성되고, 사용자 데이터 패킷들의 송신 및 수신을 위한 GTP(general packet radio services tunneling protocol)를 포함하는 제2 프로토콜 스택 - 상기 제2 프로토콜 스택은 타이트 커플링 배치(tight coupling arrangement)를 구현함 -
    을 포함하는 모바일 단말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 데이터 패킷들은 IP 데이터그램들인 모바일 단말.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프로토콜 스택은,
    IP 계층;
    UDP-IP 계층;
    WLAN MAC 계층; 및
    물리적 계층
    을 더 포함하는 모바일 단말.
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