비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법 및 그 시스템

본 발명의 일측면에 따른 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법은, 핸드오버 통보 메시지를 수신하는 경우, 기존의 무선 기지국에서 이동 단말에게 전송되지 않은 패킷을 저장하는 단계 와 상기 기존의 무선 기지국이 이동 후의 무선 기지국과 터널을 생성하고, 링크 계층 핸드오버 절차가 완료되면, 상기 터널을 통해 상기 단계에서 저장된 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 단계를 포함하며, 이에 의할 때 이동 단말의 핸드오버 시 기존 접근 제어 라우터 및 무선 기지국으로 향하는 IP 패킷들을 버퍼에 저장하여, 핸드오버 이후에 터널을 통해 이를 전달함으로써, 핸드오버 기간 동안의 패킷 손실을 방지하여 핸드오버 시 수율이 저하되지 않고, 나아가 네트워크 접속 서비스가 끊김 없이 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

등록특허 10-0879985
(56) 선행기술조사문헌
KR1020050067339 A*
KR1020040056584 A
KR1020010007320 A
JP2004128551 A
KR1020040087456 A
JP2001268614 A
KR1020050023194 A
KR1020060046710 A
KR1020060128543 A
A Seamless Handover Mechanism for IEEE 802.16e
Broadband Wireless Access 

 

특허청구의 범위
청구항 1
핸드오버 통보 메시지를 수신하는 경우, 기존의 무선 기지국에서 핸드오버를 수행하는 이동 단말에게 전송되지않은 패킷을 저장하는 단계;
상기 기존의 무선 기지국이 상기 이동 단말이 핸드오버하는 이동 후의 무선 기지국과 제1 IP 터널을 생성하고,링크 계층 핸드오버 절차가 완료되면, 상기 제1 IP 터널을 통해 상기 단계에서 저장된 패킷을 상기 이동 후의무선 기지국으로 전송하는 단계;
상기 이동 단말의 핸드오버시에 기존의 접근 제어 라우터가 상기 이동 단말로 전송해야 하는 패킷을 저장하고,상기 기존의 무선 기지국에 저장된 패킷 전송이 완료되면, 상기 기존의 접근 제어 라우터가 상기 이동 후의 무선 기지국과 제2 IP 터널을 생성하고, 상기 제2 IP 터널을 통해 상기 기존의 접근 제어 라우터에 저장된 패킷을상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 핸드오버 통보 메시지를 수신하는 경우, 상기 기존의 접근 제어 라우터에서 상기 이동 단말로 향하는 패킷의 IP 터널을 제거한 후 저장하는 단계를 더 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 3
삭제
청구항 4
제1항에 있어서,
상기 기존의 무선 기지국이 상기 이동 후의 무선 기지국과 상기 제1 IP 터널을 생성하는 경우, 상기 이동 후의무선 기지국의 주소를 목적지 주소로 가지는 새로운 IP 헤더를 구성하여, 해당 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 라우팅하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 이동 후의 무선 기지국이 패킷을 수신하는 경우, 상기 기존의 무선 기지국이 생성한 IP 헤더를 제거한 후,패킷을 상기 이동 단말에 전송하는 단계를 더 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 6
제1항에 있어서,
상기 기존의 접근 제어 라우터가 상기 이동 후의 무선 기지국과 상기 제2 IP 터널을 생성하는 경우, 상기 이동후의 무선 기지국의 주소를 목적지 주소로 가지는 새로운 IP 헤더를 구성하여, 해당 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 라우팅하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 7
제6항에 있어서,
상기 이동 후의 무선 기지국이 패킷을 수신하는 경우, 상기 기존의 접근 제어 라우터가 생성한 IP 헤더를 제거한 후, 패킷을 상기 이동 단말에 전송하는 단계를 더 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 8
제1항에 있어서,
상기 기존의 무선 기지국과 상기 이동 후의 무선 기지국간 링크 계층 핸드오버 절차가 완료되는 경우, 상기 이- 3 -
등록특허 10-0879985
동 단말이 새로 연결을 설정한 이동 후의 접근 제어 라우터에 등록 요청 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 9
제8항에 있어서,
상기 이동 후의 접근 제어 라우터가 등록 요청 메시지에 해당하는 패킷만을 별도로 필터링하여 외부 에이전트모듈로 전달하는 단계를 더 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법.
청구항 10
이동 후의 무선 기지국과 터널을 생성하여, 기 저장된 이동 단말에게 전송되지 않은 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 무선 기지국; 과
상기 이동 후의 무선 기지국과 터널을 생성하여, 기 저장된 상기 이동 단말에게 전송되지 않은 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 접근 제어 라우터를 포함하되,
상기 접근 제어 라우터 또는 상기 무선 기지국은,
상기 이동 단말의 핸드오버 시, 상기 이동 단말로 향하는 패킷을 저장하는 버퍼 매니저;
패킷을 전달하기 위한 터널을 생성, 관리 또는 삭제하는 터널 매니저; 및
IP 헤더를 처리하여, 상기 이동 단말이 송/수신하는 데이터를 전달하는 데이터 전송 모듈을 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템.
청구항 11
삭제
청구항 12
제10항에 있어서,
상기 이동 단말의 Home Address(HoA) 주소, 상기 이동 단말의 현재의 접속 위치를 나타내는 Care-of-
Address(CoA) 주소 및 상기 정보들을 유지하여야 할 만료 시간에 대한 정보를 저장하는 Mobility Binding List를 관리하는 홈 에이전트(HA)를 더 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템.
청구항 13
제10항에 있어서,
상기 접근 제어 라우터는,
상기 이동 단말의 Home Address(HoA) 주소, 상기 이동 단말의 현재의 접속 위치를 나타내는 Care-of-
Address(CoA) 주소, HA 주소, 및 상기 정보들을 유지하여야 할 만료 시간 정보를 저장하는 Visitor List를 관리하는 것을 특징으로 하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템.
청구항 14
제13항에 있어서,
상기 접근 제어 라우터는,
상기 Visitor List를 유지 관리하며, 이를 참조하여 상기 터널 매니져를 통해 IP 패킷을 목적지까지 전달하는외부 에이전트 모듈을 더 포함하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템.
청구항 15
제12항에 있어서,
상기 홈 에이전트는,
상기 접근 제어 라우터로부터 등록 요청 메시지를 수신하는 경우, 등록 요청 메시지에 포함된 CoA 주소를 참조하여 Mobility Binding List를 갱신하는 것을 특징으로 하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템.
청구항 16
제10항에 있어서,
상기 접근 제어 라우터는,
이동 단말로부터 등록 요청 메시지를 수신하는 경우, 등록 요청 메시지에 포함된 HoA 주소와 CoA 주소를참조하여 Visitor List를 갱신하는 것을 특징으로 하는 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템.
명 세 서
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, <23> 보다 상세하게는 이동 단말의 핸드오버 시, 기존의 접근 제어 라우터 및 기존의 무선 기지국의 버퍼에 저장되어 있던 IP 패킷들을 터널 생성을 통해이동 후의 무선 기지국에 전달하여, 패킷들이 손실없이 이동 단말에 전달될 수 있도록 하는 비손실 모바일 IP패킷 전달 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
<24> 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: WiMAX)는 인텔 사의 주도하에, 휴대 인터넷의 기술표준으로 채택되는 것을 목표로 개발 중인 기술 방식이다. 와이맥스 방식은 건물 밖으로 인터넷 사용 반경을 대폭 넓힐 수 있도록, 기존의 무선 랜(802.11a/b/g) 기술을 보완한다.
<25> 한편 와이브로(Wirelses Broadband Internet) 방식은 무선 랜과 같이 인터넷 연결을 통한 데이터 통신이 가능하면서도 휴대 전화와 같이 장거리 통신이 가능한 서비스로서, 휴대 인터넷이라고 부를 수 있는 서비스이다. 상기와이브로 방식은 우리나라의 주도하에 휴대 인터넷의 기술 표준으로 채택되기 위하여 준비중이다.
<26> 와이맥스 방식과 와이브로 방식은 휴대 인터넷을 제공하는 서비스라는 점에서 기본적으로 동일한 기술 방식으로혼용되고 있으며, 모두 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 방식에 기초한다.
<27> 휴대 인터넷을 제공하기 위해서, 와이맥스 네트워크는 모바일 IP를 지원하여야 한다. Mobile IP(모바일 IP)는비연결형 데이터그램을 목적지까지 전달하는 기능을 담당하는 네트워크 계층 프로토콜인 인터넷 프로토콜(Internet Protocol: IP)을 사용하는 이동 단말을 위한 기술이다. 모바일 IP의 기본적인 개념은 이동 단말이 외부에서 원격지 통신망(network)에 접속할 때, 홈 에이전트(Home Agent: HA)에 현재 통신망에서 획득한 주소를등록하면, 홈 통신망이 원격지 통신망에 위치하는 단말로 데이터를 보내는 것이다. 모바일 IP 표준은 모바일 IP에이전트(mobile IP Agent)와 모바일 노드(mobile node) 두 부분으로 구성되어 있다.
<28> 모바일 IP 에이전트는 등록된 이동 단말로 패킷을 라우트시키는 가상의 라우팅 서비스를 담당한다.
<29> 모바일 노드는 모바일 IP 네트워크에서 IP 주소의 변경없이 다른 부분 망으로 연결점을 변경시키는 이동 호스트나 라우터이다. 모바일 노드는 목적지까지 IP 패킷을 전달하는 기능을 담당하는 라우터(Router)와 패킷 생성 및수신을 담당하는 호스트(Host)로 구성된다. 상기 호스트의 예에는 데스크 탑, PC, Note PC, PDA 등이 있다.
<30> 현재 인터넷 망에 연결된 노드들을 구별하기 위한 식별자로서 IP 주소라는 개념을 사용한다. IP 주소는 그 주소를 가지는 노드의 위치를 나타내는데, 인터넷 망은 서브넷(Subnet)이라는 개념을 이용하여 계층적으로 주소를할당함으로써 IP 주소 관리 및 패킷 전달을 효율적으로 수행한다. 서브넷은 IP 주소를 두 부분으로 나누어 상위식별자는 네트워크 식별자로 사용하고, 하위 식별자는 그 네트워크에 속한 노드들을 구별하기 위한 식별자로서사용한다.
<31> 서브넷 간을 이동 중인 모바일 노드에게 IP 데이터를 전달하기 위해 정의된 규약인 모바일 IP 프로토콜에서는IP 주소를 다음과 같이 관리하고 있다.
우선 모바일 노드에 두 개의 IP 주소를 할당한다. 하나의 주소는 노드를 구별하기 <32> 위한 식별자로서의 역할을 하는 Home Address(HoA)이고, 다른 하나의 주소는 현재의 접속 위치를 나타내는 IP 주소인 Care-of-Address(CoA)이다. 모바일 IP 프로토콜은 모바일 노드가 서브넷을 이동할 때마다 새로운 CoA를 할당하여 모바일노드의 현재 위치 정보를 갱신한다.
<33> 이 경우 상위 전송(Transport) 계층에는 HoA와 포트(Port) 번호를 이용하여 서비스 접근점을 제공함으로써, 응용 프로그램에는 서브넷 이동으로 인한 변화가 보이지 않도록 한다.
<34> 서비스 접근점(Service Access Point: SAP)이란 개방형 시스템 간 상호 접속(OSI)의 인접하는 계층 간의 제어동작에서, 상위층이 하위층에서 제공하는 서비스를 받기 위해 하위층에 접근하는 점을 말하는데, 각 계층의 경에 존재한다. 예를 들어 (N+1)계층 내의 (N+1)실체가 (N)서비스를 받기 위해 (N)계층에 접근하는 점이 (N)서비스 접근점이다.
<35> 네트워크(Network) 계층이 상위 계층인 전송(Transport) 계층에 제공하는 서비스 접근점은 HoA와 포트 번호로구성되어 있으므로, 응용(Application) 계층에서는 이동 후의 서브넷 주소를 알 수 없다. 따라서 서브넷 이동으로 인한 변화를 알 수 없다.
<36>
<37> 도 1은 모바일 와이맥스 네트워크의 전체적인 구성을 나타낸 것이다.
<38> 모바일 와이맥스(Mobile WiMAX) 네트워크는 IEEE 802.16e 표준을 따르는 OFDM 기반의 무선 데이터 전송방식으로, 이동 중인 사용자에게 끊김 없는 네트워크 접속 서비스를 제공할 수 있는 통신망이다.
<39> 모바일 와이맥스 네트워크는 기간 망에서 IP 기반의 연결 서비스를 제공하는 연결 서비스 네트워크Connectivity Service Network: CSN)(110)와 무선 접근 서비스를 제공하는 접근 서비스 네트워크(AccessService Network: ASN)(120, 130)로 구성된다.
<40> 접근 서비스 네트워크(120, 130)는 무선 기지국(124, 126, 134, 136)과 접근 제어 라우터(122, 132)를 포함한다.
<41> 무선 기지국(Radio Access Station: RAS)(124, 126, 134, 136)은 무선 자원을 관리하고, IEEE 802.16e 기반의MAC 프레임 생성 및 무선 패킷 스케쥴링 기능을 담당한다.
<42> 접근 제어 라우터(Access Control Router: ACR)(122, 132)는 IP 네트워크와의 연결 기능 및 IP 라우터의 기능을 제공한다.
<43> 홈 에이전트(Home Agent: HA)(140)는 이동 단말(150)의 Home Address가 속하는 서브넷의 라우터이다.
<44> 외부 에이전트(Foreign Agent: FA)는 모바일 IP 네트워크에서 이동 단말(150)이 방문한 외부 네트워크상에 있는가상의 라우터이다. 이동 단말(150)이 외부 네트워크에 들어오면 외부 에이전트(FA)를 통해 보조 주소(CoA)를얻어 홈 에이전트(HA)에 등록하고, HA가 이동 단말(150)로 송신되는 데이터그램을 캡슐화하여 CoA로 전송하면,외부 에이전트는 이를 디캡슐레이션화하여 이동 단말(150)에 보낸다. 또한 이동 단말(150)에 의해 전송된 데이터그램을 위해서 이동 단말(150)의 디폴트 라우트로 동작한다.
<45> 이동 단말(Mobile Station: MS)(150)은 모바일 와이맥스 네트워크에서 사용자들이 휴대하는 단말이다.
<46> 이에 반하여 상대 노드(Correspondent Node: CN)(160)는 상기 네트워크상에서 이동 단말(150)과 통신을 하고 있는 상대편 노드이다. 이 경우 CN(160)은 모바일 IP 프로토콜을 지원하지 않더라도 이동 단말(150)과 통신이 가능하여야 한다.
<47>
<48> 도 2a는 HA가 관리하는 Mobility Binding List의 구성을 도시한 도면이며, 도 2b는 FA가 관리하는 VisitorList의 구성을 도시한 도면이다.
<49> 노드와 직접 연결되어 있는 라우터인 외부 에이전트(FA)와 HoA가 속한 서브넷의 라우터인 홈 에이전트(HA)(140)는 CoA와 HoA간의 정보를 관리하는 매핑 테이블을 구성한다.
<50> 홈 에이전트(140)가 관리하는 테이블을 Mobility Binding List(210)라 한다. 도 2a에 도시된 것처럼, MobilityBinding List(210)는 이동 단말의 HoA 필드(212), CoA 1 필드(214) 및 Lifetime 1 필드(216)로 구성된다. HoA필드(212)에는 이동 단말의 Home Address(HoA) 정보를 저장하며, CoA 1 필드(214)에는 이동 단말의 현재의 접속위치를 나타내는 IP 주소인 Care-of-Address(CoA) 정보를 저장한다. 또한 Lifetime 1 필드(216)에는 상기 정보들을 유지하여야 할 만료 시간에 대한 정보를 저장한다.
반면 외부 에이전트가 관리하는 테이블을 Visitor List(220)라 한다. 도 2b를 보면 Visitor <51> List(220)는 이동단말의 HoA 필드(222), HA 필드(228), CoA 2 필드(224) 및 Lifetime 2 필드(226)로 구성되어 있음을 알 수 있다. Visitor List(220)는 도 2a에 도시된 Mobility Binding List(210)와는 달리 HA 필드(228)를 더 포함하고있다.
<52> 도 3은 와이맥스 네트워크에서 기존의 서로 다른 접근 제어 라우터 간 핸드오버 절차를 도시한 도면이다.
<53> 모바일 와이맥스 네트워크에서는 이동 단말을 가지고 있는 가입자가 단말을 들고 임의의 곳으로 이동하더라도네트워크 접속 서비스를 제공해야 한다. 이동 단말은 인근 무선 기지국들에서 전송하는 전파의 감도를 측정하여기존에 서비스를 제공받고 있는 무선 기지국보다 더 큰 세기를 가지는 전파를 전송하는 무선 기지국을 발견하게되면, 네트워크와의 연결 접속점을 변경하게 되는데, 이를 핸드오버(Handover)라 명명한다.
<54> 동일한 접근 제어 라우터 내에서 서로 다른 무선 기지국간 핸드오버 절차는 IEEE 802.16e 및 WiMAX Forum NWGStage 2/3 표준 절차를 거쳐 수행한다. 예를 들어 앞서 도시한 도 1에서 이동 단말(150)이 RAS 1a(124)로부터RAS 1b(126)로 핸드오버를 수행하거나 또는 RAS 2a(134)로부터 RAS 2b(136)로 핸드오버를 수행하는 경우가 그러하다.
<55> 서로 다른 접근 제어 라우터 간 핸드오버 절차는 도 3에 도시된 것과 같은 절차를 통해 이루어진다. 도 3에서는이동 단말(150)이 접근 제어 라우터 1(ACR 1)(122)에 속하는 무선 기지국 1b(RAS 1b)(126)로부터 접근 제어 라우터 2(ACR 2)(132)에 속하는 무선 기지국 2a(RAS 2a)(134)로 핸드오버를 수행하는 경우를 가정하고 있다.
<56> 이동 단말(150)은 서로 다른 접근 제어 라우터에 속한 무선 기지국 간을 이동해서 핸드오버 절차를 유도한다(S301). 이 경우 RAS 1b(126)와 RAS 2a(134)는 IEEE 802.16e 및 WiMAX Forum NWG Stage 2/3 절차를 통해 무선기지국 간 링크계층 핸드오버 절차를 완료한다(S302).
<57> 이동 단말(150)은 모바일 IP 프로토콜에서 정의된 에이전트 검색(Agent Discovery) 절차를 수행해서 CoA 주소를획득한다(S303). 이동 단말(150)이 에이전트 검색을 하는 것은 이동 단말(150)이 현재 홈 네트워크에 있는지 외부 네트워크에 있는지를 판별하기 위해서이다. 만일 외부 네트워크에 있는 경우라 판단되면, 이동 단말(150)은외부 에이전트(FA)로부터 보조(CoA) 주소를 획득한다.
<58> 이동 단말(150)은 HoA 주소 정보와 CoA 주소 정보를 포함하는 모바일 IP 등록 요청 메시지(RegistrationRequest Message)를 접근 제어 라우터 2(132)에 전송한다(S304). 접근 제어 라우터는 FA의 기능을 수행하므로,이 경우 접근 제어 라우터 2(132)는 등록 요청 메시지에 포함된 HoA 주소 정보와 CoA 주소 정보를 참조하여 자신이 관리하는 Visitor List를 갱신한다.
<59> 접근 제어 라우터 2(132)는 수신한 모바일 IP 등록 요청 메시지를 HA(140) 에게 전달한다(S305). 등록 요청 메시지를 수신한 HA(140)는 자신이 관리하는 Mobility Binding List를 수신된 등록 요청 메시지의 CoA 정보를 이용하여 갱신한다.
<60> HA(140)는 등록 요청 메시지에 대한 응답으로 모바일 IP 등록 응답 메시지를 생성하여, 접근 제어 라우터2(132)에 전송한다(S306). 이 경우 등록 응답 메시지를 수신한 접근 제어 라우터 2(132)는 해당 메시지를 이동단말(150)에 전달하여 새로운 CoA 등록 절차를 완료하게 된다(S307).
<61> 도 4a, 도 4b, 도 4c는 각각 기존의 접근 제어 라우터간 핸드오버 이전, 핸드오버 도중, 핸드오버 이후에 있어서 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한 것이다.
<62> 도 4a 내지 도 4c 에서는 Old ACR에 속한 Old RAS부터 New ACR에 속한 New RAS로 핸드오버를 수행하는 경우라가정한다.
<63> 도 4a는 핸드오버 이전의 패킷의 전달 경로를 나타낸다.
<64> 접근 제어 라우터간 핸드오버가 발생하기 이전에는, CN(160)는 MS(150)의 HoA를 목적지 주소로 가지는 IP 패킷을 생성하여 네트워크에 전송한다(A 단계). 이 패킷이 HA(140)에게 전달되면, HA(140)는 IP 터널링 방식을 이용하여 MS(150)의 Old CoA 주소를 목적지 주소로 가지는 새로운 IP 헤더를 구성하여 해당 패킷이 Old ACR로 라우팅 될 수 있도록 한다(B 단계). Old ACR은 HA(140)가 생성한 IP 터널 헤더를 제거하고 Old RAS에게 전송하기 위해 생성된 터널(예: GRE Tunnel)로 패킷을 전송하고(C 단계), 이를 수신한 Old RAS는 터널 헤더를 다시 제거하여 HoA를 목적지 주소로 가지는 IP 패킷을 MS(150)에게 전송함으로써(D 단계) MS(150)가 패킷을 정상적으로 수신할 수 있도록 한다.
도 4b는 핸드오버 도중 <65> 패킷의 전달 경로를 나타낸다.
<66> ACR 간의 핸드오버 진행 중에는 MS(150)의 등록 요청 메시지가 HA(140)에게 도착하기 전까지는, Old CoA를 통해패킷을 IP in IP 터널링시키게 되므로 해당 패킷이 Old ACR에게 전달된다(B 단계). Old ACR은 Lifetime이 만료(Expire)되기 전까지 Visitor List에 MS(150)에 관한 정보를 유지하고 있으므로, HA(140)가 생성한 IP 터널 헤더를 제거하고 Old RAS에게 전송하기 위해 생성된 터널로 패킷을 전송한다(C 단계). 이를 수신한 Old RAS는 터널 내의 HoA를 목적지 주소로 가지는 IP 패킷을 MS(150)에게 전송한다(D 단계). 그러나 이미 MS(150)는 기존의RAS, 즉 Old RAS와의 연결을 종료하였기 때문에, 이 기간동안 MS(150)로 향하는 모든 패킷은 버려지게 된다.

<67> 마지막으로 도 4c는 핸드오버 이후의 패킷의 전달 경로를 나타낸다.
<68> ACR 간의 핸드오버가 종료된 이후 패킷이 HA(140)에게 전달되면, HA(140)는 New CoA 주소를 목적지 주소로 가지는 새로운 IP 헤더를 구성하여 해당 패킷이 New ACR로 라우팅 될 수 있도록 한다(B' 단계). New ACR은 HA(140)
가 생성한 터널 IP 헤더를 제거하고 New RAS에게 전송하기 위해 생성된 터널을 통해 패킷을 전송하고(C' 단계),
이를 수신한 New RAS는 터널 내의 HoA를 목적지 주소로 가지는 IP 패킷을 MS(150)에게 전송함으로써(D 단계),

MS(150)가 패킷을 정상적으로 수신할 수 있도록 한다.
<69> 종래의 모바일 IP 프로토콜에서는 단말이 기존 접근 제어 라우터와의 연결을 종료한 시점부터 단말의 새로운 주소 정보를 등록하여 HA의 Mobility Binding List를 갱신하는 시점까지 단말로 향하는 패킷들은 기존 접근 제어라우터에게 전달된다. 그러나 기존 접근 제어 라우터와 단말과의 연결이 이미 끊어졌기 때문에, 이 경우 패킷들은 버려진다.
<70> 상기 HA에 단말의 새로운 주소 정보를 등록하는 데는 시간이 걸리며, 만일 지연 시간이 클 경우에는 많은 양의패킷이 버려진다. 이 경우 버려지는 패킷들로 인해 전달 계층에서는 congestion window의 크기를 급격히 줄이게되며, 이는 핸드오버 시 수율을 떨어뜨리는 주된 요인이 된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
<71> 따라서 본 발명의 목적은 이동 단말이 접근 제어 라우터간을 이동하는 경우, 기존의 접근 제어 라우터 및 기존의 무선 기지국의 버퍼에 저장되어 있던 IP 패킷들을 터널 생성을 통해 이동 후의 무선 기지국에게 전달하는 방법을 제안함으로써, 기존의 무선 기지국으로부터 이동 후의 무선 기지국으로 핸드오버를 하더라도 손실없이 패킷들이 이동 단말에 전달될 수 있도록 하고, 나아가 이러한 방식을 통해 이동 단말이 핸드오버 시에도 네트워크접속 서비스가 끊김 없이 이루어질 수 있도록 하는 방법을 제공함에 있다.
발명의 구성 및 작용
<72> 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법은, 핸드오버 통보 메시지를 수신하는 경우, 기존의 무선 기지국에서 핸드오버를 수행하는 이동 단말에게 전송되지 않은 패킷을 저장하는 단계와, 상기 기존의 무선 기지국이 상기 이동 단말이 핸드오버하는 이동 후의 무선 기지국과 제1 IP 터널을 생성하고, 링크 계층 핸드오버 절차가 완료되면, 상기 제1 IP 터널을 통해 상기 단계에서 저장된 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 단계와, 상기 이동 단말의 핸드오버시에 기존의 접근 제어 라우터가 상기 이동 단말로 전송해야 하는 패킷을 저장하고, 상기 기존의 무선 기지국에 저장된 패킷 전송이 완료되면, 상기 기존의 접근 제어 라우터가 상기 이동 후의 무선 기지국과 제2 IP 터널을 생성하고, 상기 제2 IP 터널을 통해 상기 기존의 접근 제어 라우터에 저장된 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
<73> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법은, 상기 핸드오버 통보 메시지를 수신하는 경우, 기존의 접근 제어 라우터에서 상기 이동 단말로 향하는 패킷의 IP 터널을 제거한 후 저장하는 단계를 더 포함한다.
<74> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법에 있어서, 상기 기존의 무선 기지국이 상기 이동 후의 무선 기지국과 상기 제1 IP 터널을 생성하는 경우, 상기 이동 후의 무선 기지국의 주소를 목적지 주소로 가지는 새로운 IP 헤더를 구성하여, 해당 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 라우팅하는 것을 특징으로 한다.
<75> 삭제
<76> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법은, 상기 이동 후의 무선 기지국이 패킷을 수신하는 경우, 상기 기존의무선 기지국이 생성한 IP 헤더를 제거한 후, 패킷을 상기 이동 단말에 전송하는 단계를 더 포함한다.
<77> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법에 있어서, 상기 기존의 접근 제어 라우터가 상기 이동 후의 무선 기지국과 상기 제2 IP 터널을 생성하는 경우, 상기 이동 후의 무선 기지국의 주소를 목적지 주소로 가지는 새로운 IP헤더를 구성하여, 해당 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 라우팅하는 것을 특징으로 한다.
<78> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법은, 상기 이동 후의 무선 기지국이 패킷을 수신하는 경우, 상기 기존의접근 제어 라우터가 생성한 IP 헤더를 제거한 후, 패킷을 상기 이동 단말에 전송하는 단계를 더 포함한다.
<79> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법은, 상기 기존의 무선 기지국과 상기 이동 후의 무선 기지국간 링크 계층핸드오버 절차가 완료되는 경우, 상기 이동 단말이 새로 연결을 설정한 이동 후의 접근 제어 라우터에 등록 요 메시지를 전송하는 단계를 더 포함한다.
<80> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법은, 상기 이동 후의 접근 제어 라우터가 등록 요청 메시지에 해당하는 패만을 별도로 필터링하여 외부 에이전트 모듈로 전달하는 단계를 더 포함한다.
<81> 한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템은, 이동후의 무선 기지국과 터널을 생성하여, 기 저장된 이동 단말에게 전송되지 않은 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 무선 기지국과 상기 이동 후의 무선 기지국과 터널을 생성하여, 기 저장된 상기 이동 단말에 전송되지 않은 패킷을 상기 이동 후의 무선 기지국으로 전송하는 접근 제어 라우터를 포함한다.
<82> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템에 있어서, 상기 접근 제어 라우터 또는 상기 무선 기지국은, 상기 이동 단말의 핸드오버 시, 상기 이동 단말로 향하는 패킷을 저장하는 버퍼 매니저, 패킷을 전달하기 위한 터널을생성, 관리 또는 삭제하는 터널 매니저 및 IP 헤더를 처리하여, 상기 이동 단말이 송/수신하는 데이터를 전달하는 데이터 전송 모듈을 포함한다.
<83> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템은, 상기 이동 단말의 Home Address (HoA) 주소, 상기 이동 단말의 현재의 접속 위치를 나타내는 Care-of-Address(CoA) 주소 및 상기 정보들을 유지하여야 할 만료 시간에 대한 정보를 저장하는 Mobility Binding List를 관리하는 홈 에이전트(HA)를 더 포함한다.
<84> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템에 있어서, 상기 접근 제어 라우터는, 상기 이동 단말의 HomeAddress(HoA) 주소, 상기 이동 단말의 현재의 접속 위치를 나타내는 Care-of-Address(CoA) 주소, HA 주소, 및상기 정보들을 유지하여야 할 만료 시간 정보를 저장하는 Visitor List를 관리하는 것을 특징으로 한다.
<85> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템에 있어서, 상기 접근 제어 라우터는, 상기 Visitor List를 유지 관리하며, 이를 참조하여 상기 터널 매니져를 통해 IP 패킷을 목적지까지 전달하는 외부 에이전트 모듈을 더 포함한다.
<86> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템에 있어서, 상기 홈 에이전트는, 상기 접근 제어 라우터로부터 등록 요청 메시지를 수신하는 경우, 등록 요청 메시지에 포함된 CoA 주소를 참조하여 Mobility Binding List를 갱신하는 것을 특징으로 한다.
<87> 상기 비손실 모바일 IP 패킷 전달 시스템에 있어서, 상기 접근 제어 라우터는, 이동 단말로부터 등록 요청 메시지를 수신하는 경우, 등록 요청 메시지에 포함된 HoA 주소와 CoA 주소를 참조하여 Visitor List를 갱신하는 것을 특징으로 한다.

<88> 이하 본 발명에 따른 비손실 모바일 IP 패킷 전달 방법 및 그 시스템을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<89> 도 5는 본 발명에 따른 비손실 모바일 IP 핸드오버를 지원하기 위한 접근 서비스 네트워크의 구성을 도시한 도면이다.
<90> 본 발명에 따른 접근 서비스 네트워크는 접근 제어 라우터(ACR)(510)와 무선 기지국(RAS)(520)을 포함한다.
<91> 접근 제어 라우터(510)는 외부 에이전트 모듈(Foreign Agent)(511), 버퍼 매니저(Buffer Manager)(512), 핸드오버 매니져(Handover Manager)(513), 터널 매니져(Tunnel Manager)(514) 및 데이터 전송 모듈(DataForwarder)(515)을 포함하여 구성된다.
또한 무선 기지국(520)은 버퍼 매니저(Buffer Manager)(522), 핸드오버 컨트롤러(Handover <92> Controller)(523),터널 매니져(Tunnel Manager)(524) 및 데이터 전송 모듈(Data Forwarder)(525)을 포함하여 구성된다.
<93> 외부 에이전트 모듈(Foreign Agent)(511)은 Visitor List를 유지 관리하며, 이를 참조하여 터널 매니져(TunnelManager)(514)를 통해 IP 패킷을 목적지까지 전달한다. 상기 외부 에이전트 모듈(511)은 접근 제어 라우터(51
0)에만 존재하는 구성 요소이다. 그러나 다음에 열거하는 구성 요소들은 접근 제어 라우터(510)와 무선 기지국(520)에 공통으로 존재하며, 접근 제어 라우터(510)와 무선 기지국(520)에서 각각 동일한 기능을 수행한다.
<94> 버퍼 매니저(Buffer Manager)(512, 522)는 이동 단말이 핸드오버 시, 해당 단말로 향하는 패킷을 저장하며, 새로 연결된 RAS와의 터널을 통해 패킷을 전달할 때까지 저장된 패킷을 관리한다.
<95> 핸드오버 매니져(Handover Manager)(513)와 핸드오버 컨트롤러(Handover Controller)(523)는 IEEE 802.16e에정의된 핸드오버 기능을 제공한다.
<96> 터널 매니져(Tunnel Manager)(514, 524)는 네트워크에 연결된 다른 장비에게 IP 패킷을 전달하기 위한 IP-in-IP 터널을 생성/관리/삭제하는 역할을 담당한다.
<97> 데이터 전송 모듈(Data Forwarder)(515, 525)는 이동 단말이 송/수신하는 데이터를 전달하며, IP 라우팅 또는포워딩 기능 및 MAC 헤더 처리 등의 역할을 담당한다.
<98> 도 6은 본 발명에 따른 비손실 모바일 IP 핸드오버 절차를 도시한 도면이다.
<99> 이동 단말(610)이 서로 다른 접근 제어 라우터에 속한 Old RAS(620)에서 New RAS(640)로 이동하는 경우, 핸드오버 절차를 시작한다(S601).
<100> Old RAS(620)에서 보내는 신호가 특정 임계치보다 낮아지게 되면 이동 단말(610)은 Old RAS(620)에게 핸드오버통보(MOV_HO-IND) 메시지를 전송한다(S602). 이 경우 이동 단말(610)은 Old RAS(620) 및 Old ACR(630)과의 연결을 종료한다(S603).
<101> Old RAS(620)는 상기 핸드오버 통보(MOV_HO-IND) 메시지를 전달받는 순간부터, 이동 단말(610)에게 전송되지 않은 IP 패킷을 Old RAS(620)의 버퍼 매니저에 저장한다(S604). 또한 Old ACR(630)은 핸드오버 통보(MOV_HO-IND)메시지를 전달받는 시점부터, CN으로부터 들어오는 이동 단말(610)로 향하는 패킷을 Old ACR(630)내부의 외부에이전트(511)에서 모바일 IP 터널을 제거한 이후에, Old ACR(630)의 버퍼 매니저에 저장한다(S605).
<102> 이동 단말(610)은 New RAS(640)와의 연결을 초기화하기 위해, 연결 요청(RNG-REQ) 메시지를 New RAS(640)에게송신하여 새로운 연결을 설정한다(S606). 이 경우 이동 단말(610)과 New ACR(650)간에 연결이 설정된다.
<103> Old RAS(620)와 New RAS(640)는 IEEE 802.16e 및 WiMAX NWG Stage 문서에서 정의된 절차에 의해 링크 계층 핸드오버 절차를 완료한다(S607). 이후 이동 단말(610)은 모바일 IP 프로토콜에서 정의된 에이전트 검색 절차를수행해서 CoA 주소를 획득한다(S608).
<104> Old RAS(620)는 링크 계층 핸드오버를 진행하는 도중 New RAS(640)와 터널을 생성하고, 에이전트 검색 절차가완료된 이후에 이를 통해 Old RAS(620)에 저장되어 있던 IP 패킷들을 New RAS(640)로 전송한다(S609).
<105> 한편 에이전트 검색 절차가 완료되면, 이동 단말(610)은 새로 연결을 설정한 New ACR(650)에게 HoA 주소 정보와CoA 주소 정보를 포함하는 등록 요청 메시지를 전송한다(S610). 이 경우 본 발명에 따른 핸드오버 절차에서 물리적 경로와 트래픽 터널이 다르게 형성됨에 따라 등록 요청 메시지가 Old ACR에서 버려질 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명과 그 방지책은 이후 도 7에서 설명하겠다.
<106> Old RAS(620)에 저장되어 있던 패킷 전송이 완료되면, Old ACR(630)은 링크 계층 핸드오버 수행 중에 설정된New RAS(640)와의 터널을 이용하여 S605단계에 의하여 Old ACR(630)에 저장된 CN으로부터 전송된 이동 단말(610)로 향하는 IP 패킷들을 전달한다(S611).
<107> 등록 요청 메시지를 수신한 New ACR(650)은 해당 메시지를 HA(660)에게 전달한다(S612). 등록 요청 메시지를 수신한 HA(660)는 상기 메시지에 포함된 CoA 주소 정보를 참조하여 자신이 관리하는 Mobility Binding List를 갱신하고, 등록 요청 메시지에 대한 응답으로 등록 응답 메시지를 생성하여 New ACR(650)에게 전달한다(S613).
HA(660)로부터 등록 응답 메시지를 수신한 New ACR(650)은 자신이 관리하는 Visitor <108> List에 이를 반영하고, 이동 단말(610)에게 등록 응답 메시지를 전달한다(S614).
<109> 도 7은 본 발명에 따른 핸드오버 시 형성되는 트래픽 채널과 물리적 경로를 도시한 도면이다.
<110> 핸드오버 시 물리적 경로(760)는 New ACR(730)과 New RAS(740)간에 형성되며, 트래픽 터널(750)은 OldACR(710)과 New RAS(740)간에 형성된다. 따라서 New ACR(730)은 등록 요청 메시지를 Old ACR(710)로 bypass하게 된다.
<111> 그러나 이렇게 패킷이 전달되면 해당 메시지가 Old ACR(710)에서 버려질 수 있기 때문에, New ACR(730)에서는UDP 포트번호 434 패킷만을 별도로 필터링하여 외부 에이전트(FA)로 전달한다. 이 경우 본원 발명에서는 도 5의Data Forwarder (515)에 해당 필터링 룰(Rule)을 추가적으로 설정하여 수행할 수 있게 한다.
<112> 도 8a, 도 8b, 도 8c는 각각 본 발명에 따른 접근 제어 라우터간 핸드오버 이전, 핸드오버 도중, 핸드오버 이후에 있어서 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한 것이며, 도 8d는 도 8a 내지 도 8c에 의한 핸드오버 절차에서 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 포맷을 도시한 것이다.
<113> 핸드오버 이전 및 이후의 패킷 전달 경로와 포맷은 종래 기술과 동일하므로 생략하고, 핸드오버 도중 패킷 전달경로 및 패킷 포맷만을 설명하기로 한다. 핸드오버 도중 패킷 전달 경로가 도 8b에 도시되어 있다.
<114> 접근 제어 라우터간의 핸드오버 진행 중에는, MS(870)의 등록 요청 메시지가 HA(820)에게 도착하기 전까지는Old CoA를 통해 패킷을 IP in IP 터널링시키게 되므로 해당 패킷이 Old ACR(830)에게 전달된다. Old ACR(830)은 수신한 패킷들을 버퍼에 저장한다(B 단계).
<115> 링크 계층 핸드오버 및 에이전트 검색 절차가 완료되면 Old RAS(840)는 New RAS(860)와의 터널을 통해 OldRAS(840)의 버퍼 매니져에 저장되어 있던 MS(870)로 향하는 패킷들을 New RAS(860)로 전달한다(C 단계)

<116> Old ACR(830)의 버퍼 매니져에 저장되어 있던 IP 패킷들은, New RAS(860)와 생성한 터널 헤더를 추가하여 NewRAS(860)에게 전송한다(D′단계).
<117> New RAS(860)는 Old RAS(840) 및 Old ACR(830)로부터 수신한 IP 패킷을 Air를 통해 MS(870)에게 전달한다(E 단계).
<118> 도 8d는 도 8a 내지 도 8c에 의한 핸드오버 절차에서 각 단계별로 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 포맷을 나타낸다.
<119> 먼저 도 8d에 도시된 인자들을 간략히 정의하면 다음과 같다. Src IP 란 Source IP의 약자로서 출발지 주소를뜻하며, Dest IP는 Destination IP의 약자로서 목적지 주소를 일컫는다. 패킷의 포맷을 살펴보면 여러 IP 주소들이 필드별로 구성되어 있는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, IP_OCoA란 핸드오버 전 이동 단말에 할당된 CoA 주소이며, IP_NCoA는 핸드오버 이후 이동 단말에 할당된 CoA 주소이다. 마찬가지로 IP_ORAS는 핸드오버 전 OldRAS의 주소이며, IP_NRAS는 핸드오버 이후의 New RAS의 주소이다.
<120> 도 8a 내지 도 8c 에 각각 도시된 A단계에서 CN(810)이 MS(870)에게 전달하는 패킷의 포맷(881)은 출발지 주소가 IP_CN으로 되어 있고, 목적지 주소가 IP_HoA로 되어 있음을 볼 수 있다. 또한 상기 도 8a 내지 도 8c 에 각각 도시된 E 단계에서 CN(810)이 MS(870)에게 전달하는 패킷의 포맷(887) 역시 그러하다.
<121> 그러나 도 8a와 도 8b에 도시된 B단계에서 전달되는 패킷의 포맷(882)을 살펴보면, 아직 핸드오버가 완료되지않았으므로, MS(870)의 Old CoA 주소를 목적지 주소로 가지는 새로운 IP 헤더를 구성하여 해당 패킷이 OldACR(830)로 라우팅 될 수 있도록 한다는 것을 알 수 있다. 따라서 출발지 주소는 IP_HA이고, 목적지 주소는IP_OCoA가 된다.
<122> 또한 도 8a에 도시된 D 단계에서, Old ACR(830)은 HA(820)가 생성한 IP 터널 헤더를 제거하고 Old RAS(840)에게 패킷을 전송하게 되므로, 패킷의 포맷(885)의 출발지 주소는 IP_OCoA로 되어 있고, 목적지 주소는 IP_ORAS로되어 있는 것을 볼 수 있다.
<123> 이제 핸드오버 도중 CN(810)이 MS(870)에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한 도 8b를 살펴보자. C 단계는 OldRAS(840)와 New RAS(860)간 정의된 링크 계층 핸드오버 절차를 완료한 경우, Old RAS(840)가 New RAS(860)와터널을 통해 Old RAS(840)에 저장되어 있던 IP 패킷들을 New RAS(860)로 전송하는 단계이다. C 단계에서 전달되는 패킷(884)을 보면 출발지 주소와 목적지 주소가 각각 IP_ORAS 와 IP_NRAS로 되어 있다.
D′단계는 Old RAS(840)에 저장되어 있던 패킷 전송이 완료된 경우, Old ACR(830)<124> 가 새로 설정된 New RAS(860)와 터널을 통해 Old ACR(830)에 저장된 CN(810)으로부터 전송된 MS(870)로 향하는 IP 패킷들을 New RAS(860)로 전달하는 단계이다. D′단계에서 전달되는 패킷(886)을 보면 출발지 주소와 목적지 주소가 각각 IP_OCoA와 IP_NRAS로 되어 있음을 볼 수 있다.
<125> 도 8c의 B' 단계와 D" 단계를 보면 전달되는 패킷의 포맷이 핸드오버 완료 전과는 차이가 있다.
<126> B' 단계에서 전달되는 패킷의 포맷(883)을 살펴보면, 핸드오버가 완료되어 새로운 CoA 주소를 목적지로 하고 있으므로, 목적지 주소가 B 단계에서 전달되는 패킷과는 달리 IP_NCoA 이다. 또한 D" 단계에서 전달되는 패킷의포맷(888) 역시 목적지 주소가 IP_NRAS로 되어 있다.
발명의 효과
<127> 본 발명에 따르면 이동 단말의 핸드오버 시 기존 접근 제어 라우터 및 무선 기지국으로 향하는 IP 패킷들을 버퍼에 저장하여, 핸드오버 이후에 터널을 통해 이를 전달함으로써, 핸드오버 기간 동안의 패킷 손실을 방지하여핸드오버 시 수율이 저하되지 않게 하고, 나아가 네트워크 접속 서비스가 끊김 없이 이루어질 수 있도록 하는효과가 있다.
도면의 간단한 설명
<1> 도 1은 모바일 와이맥스 네트워크의 전체적인 구성을 도시한 도면.
<2> 도 2a는 HA가 관리하는 Mobility Binding List의 구성을 도시한 도면.
<3> 도 2b는 FA가 관리하는 Visitor List의 구성을 도시한 도면.
<4> 도 3은 와이맥스 네트워크에서 기존의 서로 다른 접근 제어 라우터 간 핸드오버 절차를 도시한 도면.
<5> 도 4a는 기존의 접근 제어 라우터간 핸드오버 이전에 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한 도면.
<6> 도 4b는 기존의 접근 제어 라우터간 핸드오버 도중에 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한 도면.
<7> 도 4c는 기존의 접근 제어 라우터간 핸드오버 이후에 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한 도면.
<8> 도 5는 본 발명에 따른 비손실 모바일 IP 핸드오버를 지원하기 위한 접근 서비스 네트워크의 구성을 도시한 도면.
<9> 도 6은 본 발명에 따른 비손실 모바일 IP 핸드오버 절차를 도시한 도면.
<10> 도 7은 본 발명에 따른 핸드오버 시 형성되는 트래픽 채널과 물리적 경로를 도시한 도면.
<11> 도 8a는 본 발명에 따른 접근 제어 라우터간 핸드오버 이전에 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한도면.
<12> 도 8b는 본 발명에 따른 접근 제어 라우터간 핸드오버 도중에 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한도면.
<13> 도 8c는 본 발명에 따른 접근 제어 라우터간 핸드오버 이후에 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 경로를 도시한도면.
<14> 도 8d는 본 발명에 따른 핸드오버 절차에서 CN이 MS에게 전달하는 패킷의 포맷을 도시한 도면.
<15> *도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
<16> 510: 접근 제어 라우터 520: 무선 기지국
<17> 511: 외부 에이전트 모듈 512, 522: 버퍼 매니저
<18> 513: 핸드오버 매니져 514, 524: 터널 매니져
<19> 515, 525: 데이터 전송 모듈 523: 핸드오버 컨트롤러
<20> 610: MS 620: Old RAS
<21> 630: Old ACR 640: New RAS
650: New ACR 660:

<22> HA