통신 시스템에서 이종 네트워크 간 핸드오버를 지원하기 위한 장치 및 방법 document_id A220623034761

일반적으로 무선 통신 시스템은 사용자에게 위치적 제약이나 유선의 제약 없이 통신을 가능하게 할 수 있도록 개발된 시스템이다. 이러한 무선 통신 시스템은 기본적으로 음성 서비스를 제공하는 형태에서 출발하였으나, 현재에는 고속의 패킷 데이터를 제공할 수 있는 형태로 발전하고 있으며, 인터넷과 및 그 밖의 다른 다양한 시스템과 연동될 수 있도록 연구와 개발이 이루어지고 있다. 현재 유선 통신 시스템은 대체로 인터넷 프로토콜(Internet Protocol : 이하 "IP"라 함)을 이용하여 통신이 이루어지고 있다. 이러한 IP 방식들에 대하여 간략히 살펴보면 아래와 같다. 먼저 현재 IP 방식은 전형적인 IPv4 기반의 통신 방식과 보다 확장된 방식인 IPv6 방식이 혼용되어 사용되고 있다. IPv6는 IPv4 기반에 비하여 보다 많은 주소를 생성할 수 있으므로 점차로 발전하여 증가하는 인터넷 통신을 가능하게 하기 위해 생성된 것이다. 한편 무선 통신 시스템에서도 이동성을 제공하는 IP 방식을 이용하기 위해 이동성 IP(Mobile IP : 이하 "MIP"라 함) 방식이 제안되어 있다. MIP 방식은 표준화 단체인 IETF에서 제안한 방식으로 이동성을 가지는 단말에 IP를 부여한다. 상기 MIP 방식에서는 홈 에이전트(Home Agent : 이하 "HA"라 함)와 다른 접속 지역에서의 관리 노드인 외부 에이전트(Foreign Agent : 이하 "FA"라 함)를 이용하여 IP가 이동 단말을 관리하고 통신을 제공할 수 있도록 하고 있다. 상기한 MIP 방식은 모든 호스트와 라우터가 MIP 스텍(stack)을 지원한다는 가정하에 스펙을 지원한다. 일반적인 상황에서는 모든 이동 단말이 MIP 기능을 지원하지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 모든 이동 단말에 MIP 기능을 추가하기 보다는 네트워크만의 변경을 통해 이동성(mobility)을 제공하면서 IP 기능을 수행할 수 있어야 한다는 요구가 발생하였다. 이러한 요구에 부응하여 프락시 MIP(Proxy MIP : 이하 "PMIP"라 함) 방식이 제안되었다. 상기 PMIP 방식은 네트워크 상에서 액세스 라우터간 또는 라우터간에 mobility를 제공한다. 다른 한편, 무선 통신 기술 중 가장 대표적인 통신 방식은 셀룰라 시스템을 이용하고 있는 제3세대 이동통신 시스템이다. 상기 제3세대 이동통신 시스템은 현재 북미 방식인 3GPP2의 경우 이미 상용화되어 있으며, 유럽 방식인 3GPP의 경우 거의 상용화 단계에 이르렀다. 따라서 유럽 방식에서는 보다 진화된 방식에 대한 논의가 이루어지고 있다. 유럽 방식에서 제안되고 있는 표준을 3GPP-LTE라 한다. 상기 3GPP-LTE 방식은 현재 많은 부분에서 표준화 작업이 진행중에 있다. 다른 무선 통신 방식으로 최근 급격히 떠오른 방식으로 WiMAX 방식을 들 수 있다. 상기 WiMAX 방식은 직교 주파수 다중 접속(OFDMA) 방식을 이용하여 통신을 수행할 수 있도록 제안하고 있는 방식이다. 상기 WiMAX 방식은 기존의 제3세대 이동통신 시스템보다 넓은 대역폭을 가지고, 보다 많은 자원을 이용할 수 있으므로 고속 및 대용량의 데이터 통신에 유리하다는 장점을 가진다. 현재 상기 WiMAX 방식 또한 상용화에 박차를 가하고 있는 시점에 있다. 이상에서 상술한 무선 통신 시스템들은 각기 서로 다른 방식을 채택하고 있다. 따라서 3세대 이동통신 단말의 경우 WiMAX 방식의 네트워크에서 지원되지 않으며, 반대의 경우로 WiMAX 단말의 경우 3세대 이동통신 네트워크에서 지원할 수 없다는 문제가 있다. 한편, 사용자들은 자신의 단말의 이동에 관계없이 원활하고 연속적인 통신을 원하고 있다. 이러한 사용자들의 요구를 충족할 수 있는 방법을 핸드오버(Handover : 이하 "HO"라 칭함)라 한다. 따라서 각 시스템들에서는 단말의 이동에 따른 핸드오버를 지원하기 위한 방식들을 제안하고 있다. 이는 3GPP-LTE 시스템에서도 핸드오버를 제공하기 위한 절차를 표준 규약으로 정의하고 있으며, PMIP 방식을 이용하는 경우에 대하여도 표준 규약을 정의하고 있다. 또한 WiMAX 시스템에서도 HO를 제공하기 위한 절차를 표준 규약으로 정의하고 있다. 그러면 먼저 3GPP-LTE 방식에서 제안되고 있는 PMIP 방식에 따른 HO의 절차에 대하여 살펴보기로 한다. 도 1은 3GPP 방식의 이동통신 시스템의 표준에서 제안하고 있는 핸드오버 시의 진행 절차도이다. 먼저 도 1은 3GPP TR 23.882에 명시되어 있는 3G-LTE 네트워크에서 PMIP(Proxy MIP)을 이용한 HO 절차도임을 밝혀둔다. 먼저 101단계에서 단말(User Equipment : 이하 "UE"라 함)과 Source RN간은 무선 채널을 통해 연결되어 있으며, Source RN과 Target RN간은 IP 베어러 서비스가 진행중인 상태이다. 이러한 경우에 HO가 필요하다고 판단되면, Source RN은 102단계에서 HO 초기화를 진행한다. 그리고 103단계에서 Source RN은 HO가 필요(Required)함을 Source MME/S-GW에게 알린다. 그러면 Source MME/S-GW는 104단계에서 Target MME/S-GW에게 Handover Prepation Request 메시지를 전송한다. 상기 메시지를 수신한 Target MME/S-GW는 105단계에서 Target RN에게 Handover Prepation Request 메시지를 전송하고, 106단계에서 상호간 자원 예약(Resource Reservation)을 수행한다. 그런 후 Target RN은 107단계에서 Handover Preparation Confirm 메시지를 Target MME/S-GW에게 전송한다. 상기 메시지를 수신한 Target MME/S-GW는 108단계에서 Handover Preparation Confirm 메시지를 Source MME/S-GW에게 전달하고, Source MME/S-GW는 109단계 및 110단계에서 Source RN을 통해 UE에게 Handover Command 메시지를 전달한다. 상기한 과정을 통해 핸드오버 명령 메시지가 전달되면, 111단계에서 UE에게 전달되는 데이터 손실(loss of data)을 최소화하기 위한 과정을 수행한다. 그러면 Target RN은 112단계에서 UE와 라디오 베어러 설정(Radio Bearer Establishment)을 수행하고, 113단계에서 Target MME/S-GW로 핸드오버 완료(Handover Complete) 메시지를 전송한다. 이에 따라 Tatget MME/S-GW는 114단계에서 PDN GW로 PMIP 등록 요규(Registration Request) 메시지를 전송하고, 115단계에서 PDN GW로부터 PMIP 등록 응답 메시지(Registration Response)를 수신한 후 116단계에서 HO 완료 메시지를 Source MME/S-GW로 전달한다. 그러면 Source MME/S-GW는 117단계에서 UE와 라디오 베어러가 설정되어 있던 Source RN과 자원 해제(Resource Release) 과정을 수행한 후 118단계에서 Target MME/S-GW로 HO 완료 메시지를 전달한다. 상기한 과정이 완료되면, 119단계에서 UE의 위치 갱신 과정(Location Update Procedure)을 수행한다. 상기 도 1에서 설명한 MME/S-GW는 FA와 PMIP client의 기능을 모두 가지고 있기 때문에 PMIP client와 FA간의 등록 과정은 생략되었다. 도 1의 과정을 다시 간략히 살펴보면, Source RN에서 Serving MME/S-GW으로 HO를 요청하면 Serving MME/S-GW는 Target MME/S-GW에게 HO를 요청하고, Target MME/S-GW는 라디오 자원을 준비한다. 라디오 자원의 준비가 끝나면, Target MME/S-GW는 이를 Serving MME/S-GW에게 알리고, Serving MME/S-GW는 기지국에게 HO를 지시한다. UE가 HO 명령 메시지를 수신하고 나면, 바로 Target 기지국으로 동기화(synchronization)을 시작하게 되고, 동기화 과정이 완료되면, Target MME/S-GW는 PMIP client로서 UE를 대신하여 HA역할을 수행하는 PDN GW에 registration 혹은 binding update를 하게 된다. 이상에서 설명한 TR 23.882에 정의된 도 1의 HO 과정에서는 HA로의 등록 과정이 동기화 후에 진행된다. 다음으로 WiMAX에서 제안되고 있는 HO 절차에 대하여 살펴보기로 한다. 도 2는 WiMAX 표준화 문서에 제시되어 있는 HO 시의 진행 절차도이다. 상기 도 2에서는 라디오와 관련된 절차는 생략되어 있으며, MIP와 관련된 과정만이 기술되어 있으며, 라디오와 관련된 HO 절차는 IEEE 802.16과 IEEE 802.16e 문서에 자세히 기술되어 있다. 또한 상기 도 2의 절차에 대하여도 IEEE 802.16 문서에 자세히 기재되어 있으므로, 여기서는 도 1과 대비하여 간략히만 살펴보기로 한다. 상기 도 2를 전술한 도 1과 대비하여 살펴보면, 도 1에서는 구성 요소를 표시함에 있어서, MME/S-GW가 PMIP 클라이언트(client)와 FA의 functionality를 함께 가지고 있는 형태로 표현되었다. 반면에 도 2에서는 논리적(logical)으로 PMIP 클라이언트와 FA를 분리시켜 기술하고 있다. 그러나 거의 대부분이 ASN Gateway 내에 구현될 기능들이므로, ASN Gateway와 MME/S-GW는 비슷한 성질의 것으로 파악할 수 있다. HO의 기능적 엔터티(functional entity)는 3G-LTE 시스템에서 기지국(Base Satation : 이하 "BS"라 함)에 구현될 수 있는 기능이므로, 3G-LTE 네트워크와 WiMAX 네트워크 모두 HO를 초기화(initiation)하는 것은 BS로 볼 수 있다. 다만 도 2을 보면, PMIP 클라이언트(client)가 HO의 기능적 엔터티로부터 HO 요청을 의미하는 재등록 요구 메시지(relocation request message)를 받았을 때, 요청 확인 메시지라고 할 수 있는 재등록 응답 메시지(relocation response message)를 보내는 것은 전술한 도 1에서 설명한 3G-LTE 네트워크의 프로토콜과 WiMAX 네트워크의 프로토콜간 상이한 점이라 할 수 있다. 상술한 바와 같이 3G-LTE 네트워크와 WiMAX 네트워크는 서로 다른 특징들을 가지고 있다는 점을 알 수 있다. 그런데 사용자들은 네트워크의 변경에 관계없이 이동성에 제약을 받지 않기를 원하고 있다. 따라서 서비스를 제공하는 사업자들은 상호간 또는 동일한 사업자가 서로 다른 네트워크인 3G-LTE 네트워크와 WiMAX 네트워크간 수직적 핸드오버(Vertical HO : 이하 "VHO"라 함)를 지원할 수 있기를 원하고 있다. 그러나 현재까지 제안된 바에서는 이러한 VHO를 지원할 수 있는 방법이 없다는 문제가 있다. 따라서 VHO를 지원하기 위해서는 이러한 문제를 해결해야만 한다.