[go: up one dir, main page]

KR102780024B1 - Method, apparatus and system for network virtualization - Google Patents

Method, apparatus and system for network virtualization Download PDF

Info

Publication number
KR102780024B1
KR102780024B1 KR1020220111177A KR20220111177A KR102780024B1 KR 102780024 B1 KR102780024 B1 KR 102780024B1 KR 1020220111177 A KR1020220111177 A KR 1020220111177A KR 20220111177 A KR20220111177 A KR 20220111177A KR 102780024 B1 KR102780024 B1 KR 102780024B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
network
plane
data
sgw
mme
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020220111177A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20240032332A (en
Inventor
전광길
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인천대학교 산학협력단 filed Critical 인천대학교 산학협력단
Priority to KR1020220111177A priority Critical patent/KR102780024B1/en
Publication of KR20240032332A publication Critical patent/KR20240032332A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102780024B1 publication Critical patent/KR102780024B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/40—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks using virtualisation of network functions or resources, e.g. SDN or NFV entities
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4633—Interconnection of networks using encapsulation techniques, e.g. tunneling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/08—Configuration management of networks or network elements
    • H04L41/0896—Bandwidth or capacity management, i.e. automatically increasing or decreasing capacities
    • H04L41/0897—Bandwidth or capacity management, i.e. automatically increasing or decreasing capacities by horizontal or vertical scaling of resources, or by migrating entities, e.g. virtual resources or entities
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/12—Discovery or management of network topologies
    • H04L41/122—Discovery or management of network topologies of virtualised topologies, e.g. software-defined networks [SDN] or network function virtualisation [NFV]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00—Packet switching elements
    • H04L49/60—Software-defined switches
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/16—Gateway arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

본 발명은 네트워크 가상화 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이동통신 시스템에서 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)를 가상화하여 네트워크 성능을 효과적으로 개선할 수 있는 이동통신 시스템에서의 네트워크 기능 가상화 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명에서는, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)에 기반하여 이동성 관리 장치(MME)를 가상화하기 위한 네트워크 기능 가상화(NFV) 시스템에 있어서, 복수의 스위치를 구비하여 데이터를 전달하는 데이터 플레인; 상기 복수의 스위치의 토폴로지를 제어하는 제어 플레인; 및 상기 이동성 관리 장치(MME)의 기능을 수행하기 위한 일련의 요구 사항을 상기 제어 플레인으로 제공하는 애플리케이션 플레인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템을 개시한다.The present invention relates to a network virtualization method, device and system, and more particularly, to a network function virtualization method, device and system in a mobile communication system capable of effectively improving network performance by virtualizing a mobility management entity (MME) in the mobile communication system.
The present invention discloses a network function virtualization (NFV) system for virtualizing a mobility management equipment (MME) based on a software-defined network (SDN), characterized by including: a data plane having a plurality of switches for transmitting data; a control plane controlling a topology of the plurality of switches; and an application plane providing a series of requirements for performing a function of the mobility management equipment (MME) to the control plane.

Description

네트워크 가상화 방법, 장치 및 시스템 {Method, apparatus and system for network virtualization}Method, apparatus and system for network virtualization {Method, apparatus and system for network virtualization}

본 발명은 네트워크 가상화 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이동통신 시스템에서 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)를 가상화하여 네트워크 성능을 효과적으로 개선할 수 있는 이동통신 시스템에서의 네트워크 기능 가상화 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a network virtualization method, device and system, and more particularly, to a network function virtualization method, device and system in a mobile communication system capable of effectively improving network performance by virtualizing a mobility management entity (MME) in the mobile communication system.

이동통신 서비스는 가장 빠르게 발전하고 있는 기술 분야 중 하나로서, 종래의 이동통신 시스템에 대한 개선 요구를 충족하고 보다 효율적인 네트워크를 구현할 수 있도록 보다 발전되고 통합된 시스템이 요구되고 있다. 또한, 전세계적으로 이동통신 사용자가 급격히 증가함에 따라 차세대 통신 표준에 기반한 고속 데이터 통신 네트워크와 백본 인프라가 요구되고 있다. Mobile communication services are one of the fastest-growing technology fields, and more advanced and integrated systems are required to meet the needs for improvement of existing mobile communication systems and to implement more efficient networks. In addition, as the number of mobile users increases rapidly worldwide, high-speed data communication networks and backbone infrastructure based on next-generation communication standards are required.

그런데, 문제는 보다 구체적으로 어떻게 기존 이동통신 시스템을 기반으로 새로운 장치의 추가 및 시스템 개선을 통해 현재 네트워크를 개선할 것인가 하는 것이다. 특히, 기존 이동통신 시스템은 이미 과다한 부하 등으로 어려움을 겪고 있으며, 나아가 새로운 멀티미디어 애플리케이션은 증강 현실, 3D 데이터 트래픽, 고속 방송, 사물 인터넷(IoT), 화상 회의 등을 기반으로 하여, 이러한 새로운 서비스와 기술을 위해서는 보다 개선된 인프라와 리소스가 요구되고 있다.However, the problem is more specifically how to improve the current network by adding new devices and improving the system based on the existing mobile communication system. In particular, the existing mobile communication system is already suffering from excessive load, etc., and furthermore, new multimedia applications are based on augmented reality, 3D data traffic, high-speed broadcasting, Internet of Things (IoT), video conferencing, etc., and these new services and technologies require improved infrastructure and resources.

이와 관련하여, 최근 컴퓨팅 및 네트워킹 환경에서의 가상화(virtualization)을 통해 리소스를 보다 유연하고 효율적으로 관리하고 활용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.In this regard, research is being actively conducted to manage and utilize resources more flexibly and efficiently through virtualization in recent computing and networking environments.

특히, 네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualization, NFV)는 네트워크 성능을 향상시킬 수 있는 아키텍처로서, 네트워크 처리 용량을 개선하고 비용을 줄일 수 있으며 네트워크 서비스를 가속화하고 가상 서버로의 전환을 촉진할 수 있는 기술로 평가된다. In particular, Network Functions Virtualization (NFV) is evaluated as an architecture that can improve network performance, improve network processing capacity, reduce costs, accelerate network services, and promote transition to virtual servers.

상기 네트워크 기능 가상화(NFV)는 분산 컴퓨팅에서 적용 가능한 보다 개선되고 효율적인 기술 중 하나로서, 다양한 배열, 조직 및 가상화를 기반으로 보다 진보된 어플리케이션(cutting-edge application)을 제공할 수 있다. 이때, 상기 네트워크에서는 하드웨어 애플리케이션을 기반으로 가상 머신에서 소프트웨어를 실행하는 네트워크 기능(network function)을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 상기 가상화에서는 트래픽 제어, 방화벽 및 가상 라우팅 등과 같은 다양한 기능을 제공할 수 있게 된다.The above network function virtualization (NFV) is one of the more advanced and efficient technologies applicable to distributed computing, and can provide more advanced applications (cutting-edge applications) based on various arrangements, organizations, and virtualization. At this time, it is possible to provide a network function that executes software in a virtual machine based on a hardware application in the network. In addition, the virtualization can provide various functions such as traffic control, firewall, and virtual routing.

또한, 이동통신 시스템에서 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)는 데이터 트래픽을 처리하지 않아 가상화가 가능한 구성 요소 중 하나로 평가된다. Additionally, in mobile communication systems, the Mobility Management Entity (MME) is evaluated as one of the components that can be virtualized because it does not process data traffic.

하지만, 상기 이동성 관리 장치(MME)는 사용자 데이터를 처리하지 않으며 클라우드(Cloud)로의 데이터 처리를 위하여 하드웨어를 사용하지도 않는다. 또한, 클라우드(Clound)에 이동성 관리 장치(MME)를 배치하는 경우 부하가 크고 프로세스가 복잡해 질 수 있어 적절한 전략이라고 보기도 어렵다.However, the above-mentioned Mobility Management Equipment (MME) does not process user data and does not use hardware for data processing to the cloud. In addition, deploying the Mobility Management Equipment (MME) to the cloud may result in a large load and complex processes, making it difficult to consider it an appropriate strategy.

이에 따라, 이동성 관리 장치(MME)를 클라우드에 기반하여 가상화할 수 있는 방안이 요구되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해법이 제시되지 못하고 있다.Accordingly, a method to virtualize the mobility management equipment (MME) based on the cloud is required, but an appropriate solution has not yet been presented.

대한민국 공개특허공보 제10-2021-0032760호(2021년 3월 25일 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0032760 (published on March 25, 2021)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 이동통신 시스템에서 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)를 가상화하여 네트워크 성능을 효과적으로 개선할 수 있는 네트워크 기능 가상화 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been created to solve the problems of the prior art as described above, and aims to provide a network function virtualization technology capable of effectively improving network performance by virtualizing a mobility management entity (MME) in a mobile communication system.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 아래에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 수 있을 것이다.Other detailed purposes of the present invention will be clearly understood and determined by experts or researchers in this technical field through the specific contents described below.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템은, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)에 기반하여 이동성 관리 장치(MME)를 가상화하기 위한 네트워크 기능 가상화(NFV) 시스템에 있어서, 복수의 스위치를 구비하여 데이터를 전달하는 데이터 플레인; 상기 복수의 스위치의 토폴로지를 제어하는 제어 플레인; 및 상기 이동성 관리 장치(MME)의 기능을 수행하기 위한 일련의 요구 사항을 상기 제어 플레인으로 제공하는 애플리케이션 플레인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention for solving the above problem, a network function virtualization system is provided, which is a network function virtualization (NFV) system for virtualizing a mobility management equipment (MME) based on a software-defined network (SDN), comprising: a data plane having a plurality of switches for transmitting data; a control plane for controlling a topology of the plurality of switches; and an application plane for providing a series of requirements for performing a function of the mobility management equipment (MME) to the control plane.

여기서, 상기 데이터 플레인에서는 서빙 게이트웨이(SGW)의 데이터 전달 기능을 처리하고, 상기 제어 플레인에서는 서빙 게이트웨이(SGW)의 제어 기능을 처리할 수 있다.Here, the data plane can process the data transmission function of the serving gateway (SGW), and the control plane can process the control function of the serving gateway (SGW).

이때, 상기 제어 플레인에는 상기 복수의 스위치에 대하여 데이터의 흐름을 제어하는 제어부가 구비될 수 있다.At this time, the control plane may be provided with a control unit that controls the flow of data for the plurality of switches.

또한, 상기 서빙 게이트웨이(SGW)의 제어 기능은 상기 제어부와 연동하여 구동될 수 있다.Additionally, the control function of the serving gateway (SGW) can be operated in conjunction with the control unit.

또한, 상기 이동성 관리 장치(MME)와 상기 서빙 게이트웨이(SGW)는 상기 제어부 상에서 실행되는 애플리케이션으로 구현될 수 있다.Additionally, the mobility management entity (MME) and the serving gateway (SGW) can be implemented as applications running on the control unit.

또한, 상기 제어부에서는 상기 복수의 스위치에 대하여 산출되는 부하 통계를 기반으로 로드 밸런싱(load balancing)을 수행할 수 있다.Additionally, the control unit can perform load balancing based on load statistics calculated for the plurality of switches.

나아가, 상기 로드 밸런싱(load balancing)을 위하여 새로운 흐름이 수신되면 그에 대응하는 흐름 규칙을 설정하여 트래픽을 패킷 데이터 네트워크 게이트웨이(PGW)로 전달할 수 있다.Furthermore, when a new flow is received for the load balancing, a corresponding flow rule can be set to forward the traffic to a packet data network gateway (PGW).

또한, 상기 데이터 플레인에서의 서빙 게이트웨이(SGW)의 데이터 전달 기능과 상기 제어 플레인에서는 서빙 게이트웨이(SGW)의 제어 기능을 처리하기 위한 정보는 GPRS 터널링 프로토콜을 이용하여 전달할 수 있다.Additionally, information for processing the data transmission function of the serving gateway (SGW) in the data plane and the control function of the serving gateway (SGW) in the control plane can be transmitted using the GPRS tunneling protocol.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템에서의 네트워크 기능 가상화 방법, 장치 및 시스템에서는, 이동통신 시스템에서 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)를 가상화하여 네트워크 성능을 효과적으로 개선할 수 있게 된다.Accordingly, in a method, device, and system for virtualizing network functions in a mobile communication system according to one embodiment of the present invention, a mobility management entity (MME) in a mobile communication system can be virtualized to effectively improve network performance.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템(10)을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템(100)의 구성도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템(100)의 구체적인 동작을 설명하는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템(100)의 성능을 설명하는 도면이다.The accompanying drawings, which are included as a part of the detailed description to aid understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention and, together with the detailed description, explain the technical idea of the present invention.
FIG. 1 is a drawing illustrating a mobile communication system (10) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a network function virtualization system (100) according to one embodiment of the present invention.
Figures 3 to 7 are drawings explaining specific operations of a network function virtualization system (100) according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 8 to 10 are drawings explaining the performance of a network function virtualization system (100) according to one embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.The present invention can be modified in various ways and has various embodiments. Hereinafter, specific embodiments will be described in detail based on the attached drawings.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to aid in a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, they are merely illustrative and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing embodiments of the present invention, if it is judged that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of their functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definitions should be made based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are only for describing embodiments of the present invention, and should never be limited. Unless clearly used otherwise, the singular form includes the plural form. In this description, expressions such as "comprises" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and should not be construed to exclude the presence or possibility of one or more other features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof other than those described.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Additionally, although the terms first, second, etc. may be used to describe various components, the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

먼저, 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템(10)의 구성을 설명하는 도면을 예시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템(10)은 소프트웨어 정의 네트워크(Software-Defined Network, SDN)(11)와 네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualization, NFV) 네트워크(12), 셀룰러 네트워크(13) 및 클라우드 컴퓨팅 환경(14)을 구비하여, 이동통신 시스템(10)에서 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)를 기반으로 하여 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME) 등에 대한 네트워크 기능 가상화(Network Functions Virtualization, NFV)를 구현할 수 있게 된다.First, FIG. 1 illustrates a drawing explaining the configuration of a mobile communication system (10) according to an embodiment of the present invention. As can be seen in FIG. 1, the mobile communication system (10) according to an embodiment of the present invention comprises a software-defined network (SDN) (11), a network functions virtualization (NFV) network (12), a cellular network (13), and a cloud computing environment (14), so that the mobile communication system (10) can implement network functions virtualization (NFV) for a mobility management entity (MME), etc. based on a software-defined network (SDN).

이에 대하여, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템(100)의 구성도를 도시하고 있다.In this regard, FIG. 2 illustrates a configuration diagram of a network function virtualization system (100) according to one embodiment of the present invention.

이때, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템(100)은, 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)에 기반하여 이동성 관리 장치(MME)를 가상화하기 위한 네트워크 기능 가상화(NFV) 시스템(100)에 있어서, 복수의 스위치(110)를 구비하여 데이터를 전달하는 데이터 플레인, 상기 복수의 스위치(110)의 토폴로지를 제어하는 제어 플레인 및 상기 이동성 관리 장치(MME)(170)의 기능을 수행하기 위한 일련의 요구 사항을 상기 제어 플레인으로 제공하는 애플리케이션 플레인을 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, as can be seen in FIG. 2, the network function virtualization system (100) according to one embodiment of the present invention is characterized by including a data plane having a plurality of switches (110) for transmitting data, a control plane for controlling the topology of the plurality of switches (110), and an application plane for providing a series of requirements for performing the function of the mobility management device (MME) (170) to the control plane, in a network function virtualization (NFV) system (100) for virtualizing a mobility management device (MME) based on a software-defined network (SDN).

여기서, 여기서, 상기 데이터 플레인에서는 서빙 게이트웨이(SGW)(180)의 데이터 전달 기능을 처리하고, 상기 제어 플레인에서는 서빙 게이트웨이(SGW)(180)의 제어 기능을 처리할 수 있다.Here, in the data plane, the data transmission function of the serving gateway (SGW) (180) can be processed, and in the control plane, the control function of the serving gateway (SGW) (180) can be processed.

이때, 상기 제어 플레인에는 상기 복수의 스위치(110)에 대하여 데이터의 흐름을 제어하는 제어부(120)가 구비될 수 있다.At this time, the control plane may be equipped with a control unit (120) that controls the flow of data for the plurality of switches (110).

또한, 상기 서빙 게이트웨이(SGW)(180)의 제어 기능은 상기 제어부(120)와 연동하여 구동될 수 있다.Additionally, the control function of the serving gateway (SGW) (180) can be operated in conjunction with the control unit (120).

또한, 상기 이동성 관리 장치(MME)(170)와 상기 서빙 게이트웨이(SGW)(180)는 상기 제어부(120) 상에서 실행되는 애플리케이션으로 구현될 수 있다.Additionally, the mobility management device (MME) (170) and the serving gateway (SGW) (180) can be implemented as applications running on the control unit (120).

또한, 상기 제어부(120)에서는 상기 복수의 스위치(110)에 대하여 산출되는 부하 통계를 기반으로 로드 밸런싱(load balancing)을 수행할 수 있다.Additionally, the control unit (120) can perform load balancing based on load statistics calculated for the plurality of switches (110).

나아가, 상기 로드 밸런싱(load balancing)을 위하여 새로운 흐름이 수신되면 그에 대응하는 흐름 규칙을 설정하여 트래픽을 패킷 데이터 네트워크 게이트웨이(PGW)(150)로 전달할 수 있다.Furthermore, when a new flow is received for the load balancing, a corresponding flow rule can be set to forward the traffic to the packet data network gateway (PGW) (150).

또한, 상기 데이터 플레인에서의 서빙 게이트웨이(SGW)(180)의 데이터 전달 기능과 상기 제어 플레인에서는 서빙 게이트웨이(SGW)(180)의 제어 기능을 처리하기 위한 정보는 GPRS 터널링 프로토콜을 이용하여 전달할 수 있다.In addition, information for processing the data transmission function of the serving gateway (SGW) (180) in the data plane and the control function of the serving gateway (SGW) (180) in the control plane can be transmitted using the GPRS tunneling protocol.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템에서의 네트워크 기능 가상화 방법, 장치 및 시스템에서는, 이동통신 시스템에서 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)(170)를 가상화하여 네트워크 성능을 효과적으로 개선할 수 있게 된다.Accordingly, in a network function virtualization method, device and system in a mobile communication system according to one embodiment of the present invention, a mobility management entity (MME) (170) in a mobile communication system can be virtualized to effectively improve network performance.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템에서의 네트워크 기능 가상화 방법, 장치 및 시스템에 대한 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a network function virtualization method, device, and system in a mobile communication system according to one embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 네트워크 기능 가상화 시스템(100)은 기존 이동통신 네트워크의 프로세스 및 기능을 향상시킬 수 있도록 소프트웨어 정의 네트워크(SDN)를 기반으로 구성될 수 있다. More specifically, the network function virtualization system (100) according to the present invention can be configured based on a software defined network (SDN) to improve the process and function of an existing mobile communication network.

여기서, 본 발명에서 제안된 소프트웨어 정의 네트워크 기반 네트워크 기능 가상화(SDN-NFV) 아키텍처는 데이터 플레인(data plane), 컨트롤 플레인(control plane), 애플리케이션 플레인(application plane)의 3계층을 기반으로 할 수 있다. Here, the software-defined network-based network function virtualization (SDN-NFV) architecture proposed in the present invention can be based on three layers: a data plane, a control plane, and an application plane.

이때, 상기 데이터 플레인(data plane)에는 스위치가 포함될 수 있으며, 일 실시예로서 OF(Open Flow) 프로토콜과 오픈스위치(OpenSwitch) 가상 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다. At this time, the data plane may include a switch, and as an example, may be implemented using the OF (Open Flow) protocol and OpenSwitch virtual software.

상기 데이터 플레인(data plane)은 데이터 트래픽을 처리하고 해당 흐름 테이블(flow table)의 흐름 항목(flow entity)을 기반으로 적절한 대상으로 전달할 수 있다. The above data plane can process data traffic and forward it to an appropriate destination based on the flow entity in the corresponding flow table.

또한, 상기 컨트롤 플레인(control plane)은 전체 네트워크 토폴로지를 담당하며, 종래의 SDN에 기반하지 않는 라우터(non-SDN router)의 기능을 포함하도록 구현될 수 있다. Additionally, the control plane is responsible for the entire network topology and can be implemented to include the functions of a conventional non-SDN router.

상기 컨트롤 플레인(control plane)은 애플리케이션 플레인(application plane)에서 오는 모든 요구 사항과 정책을 담당하여 처리할 수 있다. The above control plane can handle and process all requirements and policies coming from the application plane.

또한, 상기 애플리케이션 플레인(application plane)은 구동되는 애플리케이션 및 모든 요구 사항이 해당 컨트롤러에 정의되는 가상화 환경을 사용할 수 있다. Additionally, the application plane can use a virtualized environment where the running applications and all requirements are defined in the respective controllers.

(1) 데이터 플레인(data plane) 설정(1) Setting up the data plane

보다 구체적으로, 도 3에서는 데이터 플레인(data plane)의 설정을 설명하는 흐름도를 도시하고 있다.More specifically, FIG. 3 illustrates a flowchart explaining the setup of a data plane.

도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처에서 데이터 플레인(data plane) 설정은 핵심적인 동작 중 하나로서 모든 새로운 세션에 요구된다. Referring to FIG. 3, in the SDN-NFV architecture proposed in the present invention, data plane setup is one of the core operations and is required for all new sessions.

보다 구체적으로, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, UE(130)의 사용자 인터페이스 모듈(UIM)에서는 MME로의 권한 부여 및 무선 데이터 베어러(radio data bearer) 설정을 위한 요청 메시지를 전송하게 된다. More specifically, as can be seen in FIG. 3, the user interface module (UIM) of the UE (130) transmits a request message to the MME for authorization and radio data bearer setup.

이에 따른 세션 후에 eNB(140)는 자신의 플로우 테이블(flow table)을 결정하게 된다. 이때, 흐름 항목(flow entry)이 없는 경우 eNB(140)는 packet_in 메시지를 통해 제어부(OpenFlow controller)(120)로 패킷을 전송할 수 있다. After the session, the eNB (140) determines its own flow table. At this time, if there is no flow entry, the eNB (140) can transmit a packet to the control unit (OpenFlow controller) (120) through the packet_in message.

또한, 상기 eNB(140)는 다운링크 트래픽 및 S1 인터페이스에 대한 eNB_Value를 구비한다. 이에 따라, 상기 제어부(OpenFlow controller)(120)는 상기 정보를 정의하여 패킷 헤더를 확인하고 소스 및 대상 IP 주소를 식별하게 된다. 이어서, 상기 제어부(OpenFlow controller)(120)는 상기 정보를 SGW(Serving Gateway)(180)의 데이터 플레인(data plane)으로 제공하며, 또한 개선된 서비스 품질을 위하여 부하 통계도 확인할 수 있다. In addition, the eNB (140) has eNB_Value for downlink traffic and S1 interface. Accordingly, the control unit (OpenFlow controller) (120) defines the information to check the packet header and identify the source and destination IP addresses. Then, the control unit (OpenFlow controller) (120) provides the information to the data plane of the SGW (Serving Gateway) (180), and can also check load statistics for improved service quality.

나아가, 업링크 트래픽에 대한 packet_out 메시지에 대해서도 동일한 프로세스가 수행될 수 있다. Additionally, the same process can be performed for packet_out messages for uplink traffic.

(2) 제어 플레인 설정(2) Control plane settings

또한, 도 4에서는 제어 플레인(control plane)의 구조와 동작을 설명하고 있다.Additionally, Figure 4 describes the structure and operation of the control plane.

도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처는 데이터 플레인(data plane), 제어 플레인(control plane) 및 애플리케이션 플레인(application plane)을 포함하는 3개의 계층을 기반으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the SDN-NFV architecture proposed in the present invention can be configured based on three layers including a data plane, a control plane, and an application plane.

이때, 상기 제어 플레인(control plane)에서 온-디맨드(on-demand) 기능은 MME(170)와 eNB(140) 사이의 SI-MMS 프로토콜과 오픈 플로(Open Flow) 프로토콜에 의한 MME(170)와 SGW(180) 인터페이스 간의 S11을 사용하여 구성될 수 있다. At this time, the on-demand function in the control plane can be configured using the SI-MMS protocol between the MME (170) and the eNB (140) and the S11 between the MME (170) and the SGW (180) interface by the Open Flow protocol.

보다 구체적으로, 본 발명에서 제안된 제어 플레인(control plane) 아키텍처의 핵심 개념은 동일한 풀 영역(pool area)에서 SGW(Serving Gateway)(180)의 데이터 전달 기능과 제어 기능을 분리하는 것이다. More specifically, the core concept of the control plane architecture proposed in the present invention is to separate the data forwarding function and the control function of the Serving Gateway (SGW) (180) in the same pool area.

이때, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, SGW(180) 소프트웨어 및 MME(170)의 모든 기능은 중앙 집중 방식으로 제어부(OpenFlow controller)(120) 상에서 실행되는 애플리케이션으로 구현될 수 있다. At this time, as can be seen in Fig. 4, all functions of the SGW (180) software and MME (170) can be implemented as applications running on the control unit (OpenFlow controller) (120) in a centralized manner.

또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 SDN-NFV 아키텍처를 구현하기 위하여 다음과 같은 기능을 포함할 수 있다.In addition, as can be seen in FIG. 4, the following functions may be included to implement the SDN-NFV architecture of the present invention.

i) 오픈플로(OpenFlow) 컨트롤러 : 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처의 주요 요소로서, 데이터 플레인(data plane)에 대해 eNB(140) 및 SGW(Service Gateway)(180)의 전달 플레인이 위치할 수 있다. 이때, 오픈플로(OpenFlow) 컨트롤러는 사용자 세션을 설정하고 데이터 플레인(data plane)에서 부하를 모니터링할 수 있다.i) OpenFlow controller: A key element of the SDN-NFV architecture proposed in the present invention, the forwarding plane of the eNB (140) and the SGW (Service Gateway) (180) can be located for the data plane. At this time, the OpenFlow controller can establish a user session and monitor the load in the data plane.

ii) MME(Mobility Management Substance) : 이동성 관리를 위한 사용자 인터페이스 인증(UIA)에 사용될 수 있다. 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처에서 MME는 API를 사용하여 오픈플로(OpenFlow) 컨트롤러와 통신할 수 있다.ii) MME (Mobility Management Substance): It can be used for user interface authentication (UIA) for mobility management. In the SDN-NFV architecture proposed in the present invention, the MME can communicate with the OpenFlow controller using an API.

iii) SGW(Serving Gateway) 제어 플레인(Control Plane) : 지능형 요소 중 하나로 GTP 터널과 TEID 할당을 사용하며, SGW 컨트롤러는 업링크 트래픽에 대한 모든 세션의 고유한 값과 다운링크 값에 대한 값을 기반으로 하여 구동될 수 있다.iii) SGW (Serving Gateway) Control Plane: One of the intelligent elements, it uses GTP tunnel and TEID allocation, and the SGW controller can be driven based on the unique value of every session for uplink traffic and the value for downlink.

iv) SGW(Serving Gateway) 데이터 플레인(data plane) : GTP 패킷의 캡슐화 및 캡슐화 해제를 담당하는 고급 오픈플로(OpenFlow) 스위치로 구현될 수 있다. 상기 SGW는 오픈플로(OpenFlow) 컨트롤러에서 수신되고 PDN(Packet Data Networks)과 eNB(140) 간의 패킷 전달을 담당하는 규칙을 적용할 수 있다.iv) SGW (Serving Gateway) data plane: It can be implemented as an advanced OpenFlow switch that is responsible for encapsulating and decapsulating GTP packets. The SGW can apply rules that are received from the OpenFlow controller and are responsible for forwarding packets between the PDN (Packet Data Networks) and the eNB (140).

v) eNB(Evolved Node B) : 5GPP 표준에 명시된 것과 동일한 무선 기능을 사용할 수 있다. 또한, 데이터 전달을 위해 오픈플로(OpenFlow) 프로토콜을 활성화할 수 있다.v) eNB (Evolved Node B): It can use the same wireless functions specified in the 5GPP standard. In addition, the OpenFlow protocol can be activated for data transmission.

vi) PGW(Packet Data Networks Gateway) : 상기 PGW도 SGW 컨트롤러의 값이 세션을 기반으로 수행되는 5G 표준을 기반으로 하여 구동될 수 있다.vi) PGW (Packet Data Networks Gateway): The above PGW can also be operated based on the 5G standard in which the value of the SGW controller is performed based on a session.

(3) 로드 밸런싱(3) Load balancing

또한, 도 5에서는 로드 밸런싱(load balancing)을 위한 알고리즘을 예시하고 있다.Additionally, Figure 5 illustrates an algorithm for load balancing.

도 5를 참조하여 살펴보면, 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처에서는 로드 밸런싱(load balancing)을 수행할 수 있으며, 이때 본 발명에서 제안된 아키텍처에는 흐름 항목(flow entity)에 대한 흐름 테이블(flow table)을 포함하는 오픈스위치(OpenSwitch)가 사용될 수 있다. 여기서, 모든 흐름 항목(flow entry)에 대해 시간 초과, 명령 필드, 우선 순위 및 일치 필드를 설정할 수 있으며, 신규 흐름(new flow)이 SDN 스위치로 들어올 때마다 오픈스위치(OpenSwitch)는 흐름을 검색하고 발견되면 패킷을 업데이트할 수 있다. Referring to FIG. 5, the SDN-NFV architecture proposed in the present invention can perform load balancing, and at this time, the architecture proposed in the present invention can use an OpenSwitch including a flow table for flow entities. Here, timeout, command field, priority, and match fields can be set for all flow entries, and whenever a new flow enters the SDN switch, the OpenSwitch can search for the flow and update the packet if found.

반면에 흐름이 발견되지 않으면 첫 번째 패킷의 헤더 정보가 포함된 packet_in 메시지가 SDN 컨트롤러로 전송될 수 있다. 획득한 헤더는 파싱(parsing)되고 이에 따른 정보는 신규 흐름 규칙(new flow rule)을 만들고 규칙 생성(rule generation)까지 직접 흐름(direct flow)을 위해 오픈스위치(OpenSwitch)에서 사용될 수 있다. 또한, 일치 필드(match field)의 경우 소스 및 목적 MAC 주소와 입력 포트 정보가 사용될 수 있다. On the other hand, if no flow is found, a packet_in message containing the header information of the first packet can be sent to the SDN controller. The acquired header is parsed, and the information can be used in OpenSwitch to create a new flow rule and direct flow up to rule generation. In addition, for the match field, the source and destination MAC addresses and input port information can be used.

오픈스위치(OpenSwitch) 컨트롤러에서 실행되는 스레드는 매초마다 미리 정해진 동작을 주기적으로 수행할 수 있다. A thread running on an OpenSwitch controller can periodically perform predefined actions every second.

이때, 요청을 수신한 후 흐름 업데이트(flow update)가 생성되어 전송될 수 있고, 모든 포트에 대해 수신 및 송신된 바이트가 계산되어 모든 포트에 대한 총 바이트가 합산될 수 있다.At this time, after receiving the request, a flow update can be generated and transmitted, and the bytes received and transmitted for all ports can be calculated and the total bytes for all ports can be added up.

또한, 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처에서는 로드 밸런싱(load balancing)을 위해 UIM(User Interface Module)이 eNodeB와 새로운 연결을 설정할 때마다 작동하며 기본 설정된 링크(default established link)를 사용하여 들어오는 흐름(incoming flow)을 전달(forward)할 수 있다. 이때, 스위치(110)는 새로운 흐름(new flow)을 수신할 때마다 packet_in 메시지를 보내고 새로운 흐름 규칙(new flow rule)을 설치하여 트래픽을 PGW(150)로 라우팅하고, UE(130) 또는 사용자 인터페이스 모듈(UIM)에서 오는 추가 흐름을 처리하기 위해 경로를 저장할 수 있다. In addition, in the SDN-NFV architecture proposed in the present invention, the UIM (User Interface Module) operates whenever a new connection is established with the eNodeB for load balancing, and can forward an incoming flow using a default established link. At this time, the switch (110) sends a packet_in message whenever a new flow is received, installs a new flow rule, routes the traffic to the PGW (150), and stores a path to process additional flows coming from the UE (130) or the user interface module (UIM).

또한, 도 6에서는 본 발명에 대한 연구 프레임 워크를 예시하고 있다.Additionally, Fig. 6 illustrates a research framework for the present invention.

이하, 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처에 대하여 지연 시간 발생 및 부하 관점에서 평가한다. 또한, 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처에 대하여 성능을 확인하기 위해 데이터 처리량 측면에서 기존 모델과 대비하여 평가한다. Below, the SDN-NFV architecture proposed in the present invention is evaluated in terms of delay time occurrence and load. In addition, the SDN-NFV architecture proposed in the present invention is evaluated in comparison with the existing model in terms of data processing volume to verify its performance.

도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 실험 설정을 위해 제안된 SDN-NFV 아키텍처의 세 가지 주요 모듈에 대하여 3단계 방법론을 사용하였다. As can be seen in Fig. 6, the present invention uses a three-step methodology for three main modules of the proposed SDN-NFV architecture for the experimental setup.

첫 번째 모듈에서 문제 조사는 해당 기술 분야의 기존 작업을 분석한 후 문헌에서 추출한 문제를 제시했다. In the first module, the problem investigation presented problems extracted from the literature after analyzing existing work in the relevant technical field.

두 번째 모듈에서는 기본 요소를 분석하고 MME 네트워크에 대한 3단계 아키텍처를 구현한 후, 이동통신 네트워크에 대한 최대 부하 처리 모델을 구현하는데 적용하였다. In the second module, we analyzed the basic elements and implemented a three-stage architecture for the MME network, which was then applied to implement a maximum load handling model for mobile communication networks.

마지막 모듈에서는 모든 성능 매개변수에 대한 포함 여부 기준 및 결과 생성 프로세스를 본 발명에서 제안된 작업의 성능 평가에 대하여 검토하였다. In the final module, the inclusion criteria and result generation process for all performance parameters were reviewed for the performance evaluation of the work proposed in the present invention.

본 발명에서의 구현은 MME 소프트웨어를 기반으로 하였다. 보다 구체적으로, 종래 기술에서는 MME의 전체 기능을 단일 가상 머신을 기반으로 하는 독립형 아키텍처를 기반으로 구현한데 반하여, 본 발명에서는 탄력성과 확장성 문제를 해결하기 위해 3가지 계층을 기반으로 MME 모델을 재구성하였다. The implementation in the present invention is based on MME software. More specifically, while in the prior art, the entire functions of the MME are implemented based on a standalone architecture based on a single virtual machine, in the present invention, the MME model is reconstructed based on three layers to solve the issues of elasticity and scalability.

이어서, 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처를 여러 평가 모델로 테스트하고, 다양한 성능 매개변수 측면에서 제안된 SDN-NFV 아키텍처의 성능을 평가하였다. 이때, 성능 매개변수는 제안된 아키텍처를 평가하고 결과를 생성하는 데 사용될 수 있다. Next, the SDN-NFV architecture proposed in the present invention was tested with several evaluation models, and the performance of the proposed SDN-NFV architecture was evaluated in terms of various performance parameters. At this time, the performance parameters can be used to evaluate the proposed architecture and generate results.

본 발명에서는 MME용 NetSim LTE Simulation을 사용하고 LTE 네트워크에서 중요한 인터페이스와 프로토콜을 설정하였다. In the present invention, NetSim LTE Simulation for MME is used and important interfaces and protocols in an LTE network are set.

이와 관련하여, 도 7에서는 MME에 내장된 소프트웨어 게이트웨이 기능을 예시하고 있다.In this regard, Fig. 7 exemplifies the software gateway function built into the MME.

(4) 지연 발생 분석(Latency Placement Analysis)(4) Latency Placement Analysis

본 발명에 대한 첫번째 실험에서는 기존 LTE 네트워크를 평가하는 기준과 같이 지연 시간을 분석하였다. 이 실험에서 지연 시간 값을 정규화하고 과부하에 대한 가중치를 반영하여 지연 시간을 산출했다. In the first experiment of the present invention, the delay time was analyzed as a criterion for evaluating existing LTE networks. In this experiment, the delay time value was normalized and the delay time was calculated by reflecting the weight for overload.

도 8에서는 상기 정상 및 과부하 상황에서의 지연 시간 분석을 보여준다. 도 8에서 일반적인 트래픽 부하에서는 지연 시간이 정상 범위인 반면, 과부하 상황에서는 40 ~ 90초 구간 등 부하가 커지면 지연 시간도 커질 수 있다는 것을 확인할 수 있다. Figure 8 shows the delay time analysis in the above normal and overload situations. In Figure 8, it can be seen that while the delay time is within the normal range in the general traffic load, in the overload situation, the delay time can increase as the load increases, such as in the range of 40 to 90 seconds.

또한, 로드 밸런싱 기법이 트리거되는 경우 지연 시간이 정상 범위인 것을 알 수 있었다. 그럼에도, 정상 부하 조건에 비해 과부하 조건에서 지연 시간이 더 높아질 수 있었으나, 그럼에도 로드 밸런싱으로 인해 보다 나은 지연 시간 성능을 보여주는 것을 확인할 수 있었다.In addition, we could see that the delay time was within the normal range when the load balancing technique was triggered. Nevertheless, the delay time could be higher under overload conditions compared to normal load conditions, but we could see that the load balancing showed better delay time performance.

(5) 부하 해석(Load Analysis)(5) Load Analysis

또한, 두번째 실험에서는 네트워크 코어에 있는 두 스위치의 부하를 테스트하였다. 이때 두 스위치의 유휴 코어 로드를 100Mbps로 설정하였으며 스위치에 부하를 인가했다. 스위치의 두 포트에서 400Mbps 및 450Mbps 값의 병렬 링크도 사용되었다. 결과는 트래픽 오프로드를 위해 제안된 로드 밸런싱 기법의 영향을 나타내며 코어 네트워크에서 로드가 덜한 다른 스위치로 이동한다는 것을 보여준다. Also, in the second experiment, the load of two switches in the network core was tested. The idle core load of both switches was set to 100 Mbps and the load was applied to the switches. Parallel links with values of 400 Mbps and 450 Mbps were also used on two ports of the switch. The results show the impact of the proposed load balancing technique for traffic offloading and show that the traffic is moved to other switches with less load in the core network.

도 9에서는 트래픽 부하의 급격한 증가를 보여준다. 보다 구체적으로 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 스위치 4와 스위치 5에 대해 30초에서 트래픽 부하의 급격한 증가가 나타났다. 오프로드가 30초에 발생하면 두 스위치 모두 높은 처리량을 가진다. 본 발명에서 제안하는 로드 밸런싱 방식은 부하가 피크일 때 두 스위치를 모두 처리하고 스위치 4와 5 사이에 트래픽을 분배하게 된다. Figure 9 shows a sharp increase in traffic load. More specifically, as can be seen in Figure 9, a sharp increase in traffic load is observed for switches 4 and 5 at 30 seconds. When offload occurs at 30 seconds, both switches have high throughput. The load balancing method proposed in the present invention processes both switches when the load is peak and distributes traffic between switches 4 and 5.

이에 따라, 본 발명에서 제안하는 로드 밸런싱 방식은 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이 두 스위치 사이의 트래픽 부하를 보다 적은 차이로 균등하게 배분하게 된다.Accordingly, the load balancing method proposed in the present invention evenly distributes the traffic load between two switches with a smaller difference, as can be seen in Fig. 9.

(6) 데이터 플레인 처리량 측정(4.3 Data Plane Throughput Measurement)(6) Data Plane Throughput Measurement (4.3 Data Plane Throughput Measurement)

또한, 세번째 실험에서는 데이터 전송 중에 네트워크 대역폭이 다양한 사용자 장치에서 공유될 때 데이터 플레인의 처리량을 분석한다. 본 발명에서 제안된 SDN-NFV 시스템을 트리거하거나, 트리거하지 않으면서 결과를 테스트하였다. 이 실험에서는 도 10과 같이 서로 다른 UE(130)를 설정하고 UE(130)당 처리량(Mbps)을 분석하였다.In addition, in the third experiment, the throughput of the data plane is analyzed when the network bandwidth is shared among various user devices during data transmission. The results were tested with or without triggering the SDN-NFV system proposed in the present invention. In this experiment, different UEs (130) were set as shown in Fig. 10, and the throughput (Mbps) per UE (130) was analyzed.

도 10에서는 본 발명에서 제안된 SDN-NFV가 기존 SDN 네트워크와 비교하여 UE(130)가 더 많은 네트워크라 하더라도 보다 나은 UE(130) 처리량을 구현할 수 있음을 확인할 수 있으며, 그 이유 중 하나는 SDN-NFV 시스템의 부하 분산 방식에 기인한다고 볼 수 있다.In Fig. 10, it can be confirmed that the SDN-NFV proposed in the present invention can implement better UE (130) throughput compared to the existing SDN network even if the network has more UEs (130), and one of the reasons for this can be attributed to the load distribution method of the SDN-NFV system.

이에 따라, 본 발명에서는 이동성 관리 장치(MME)(170)에 대한 클라우드 기반 가상화를 위한 최적화된 구조를 가지는 소프트웨어 정의 네트워크 기반 네트워크 기능 가상화(SDN-NFV) 아키텍처를 제공할 수 있다. 이때, 본 발명에서 제안된 아키텍처는 이동성 관리 장치(MME)(170)를 위한 3계층 구조를 구비하며, 이에 따라 클라이언트 트래픽에 맞추어 조정 및 확장 가능하다는 장점을 가진다. Accordingly, the present invention can provide a software-defined network-based network function virtualization (SDN-NFV) architecture having an optimized structure for cloud-based virtualization of a mobility management device (MME) (170). At this time, the architecture proposed in the present invention has a three-layer structure for a mobility management device (MME) (170), and thus has the advantage of being adjustable and expandable according to client traffic.

또한, 본 발명에서 제안된 아키텍처는 클라우드를 통한 데이터 처리, 로드 밸런싱(load balancing) 및 리소스 관리 측면에서 유연하다는 장점도 가지며, 사용자에게 유연성과 확장성을 제공할 수 있고, 클라우드에서 가상 머신의 장애에 대한 복원력도 제공할 수 있다. In addition, the architecture proposed in the present invention has the advantage of being flexible in terms of data processing, load balancing, and resource management through the cloud, and can provide flexibility and scalability to users and resilience to failures of virtual machines in the cloud.

또한, 본 발명에서 제안된 아키텍처는 이동성 관리 장치(MME)(170)를 분산된 구조로 구현 가능하고, 이동통신 네트워크에 대한 이점을 효과적으로 활용할 수 있으며, 확장성 및 보다 개선된 데이터 전달 및 리소스 관리 기능을 제공할 수 있게 된다.In addition, the architecture proposed in the present invention enables the implementation of a mobility management equipment (MME) (170) in a distributed structure, effectively utilizes the benefits of a mobile communication network, and provides scalability and improved data transmission and resource management functions.

또한, 본 발명에서는 입력되는 요청에 대한 세션에 영향을 주지 않으면서, 이동통신 네트워크의 부하를 최대한 처리할 수 있는 이동성 관리 장치(MME)(170) 아키텍처를 제공한다.In addition, the present invention provides a mobility management equipment (MME) (170) architecture capable of handling the load of a mobile communication network to the maximum extent without affecting the session for an input request.

나아가, 본 발명에서는 네트워크를 구성하는 요소 및 제공되는 서비스를 효율적으로 관리할 수 있는 수단을 제공할 수 있게 된다.Furthermore, the present invention can provide a means for efficiently managing elements constituting a network and services provided.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신 시스템에서의 네트워크 기능 가상화 방법, 장치 및 시스템에서는, 이동통신 시스템에서 이동성 관리 장치(Mobility Management Entity, MME)를 가상화하여 네트워크 성능을 효과적으로 개선할 수 있게 된다.Accordingly, in a method, device, and system for virtualizing network functions in a mobile communication system according to one embodiment of the present invention, a mobility management entity (MME) in a mobile communication system can be virtualized to effectively improve network performance.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative description of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but rather to explain it, and the present invention is not limited to these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.

10 : 이동통신 시스템
11 : SDN 네트워크
12 : NFV 네트워크
13 : 셀룰러 네트워크
14 : 클라우드 컴퓨팅
100 : 네트워크 기능 가상화 시스템
110 : 스위치
120 : 제어부
130 : UE
140 : eNB
150 : PGW
160 : 로드 밸런싱
170 : MME
180 : SGW10: Mobile Communication System
11: SDN Network
12: NFV Network
13: Cellular Network
14 : Cloud Computing
100: Network Function Virtualization System
110 : Switch
120 : Control Unit
130 : UE
140 : eNB
150 : PGW
160 : Load Balancing
170 : MME
180 : SGW

Claims (8)

소프트웨어 정의 네트워크(SDN)에 기반하여 이동성 관리 장치(MME)를 가상화하기 위한 네트워크 기능 가상화(NFV) 시스템에 있어서,
복수의 스위치를 구비하여 데이터를 전달하는 데이터 플레인;
상기 복수의 스위치의 토폴로지를 제어하는 제어 플레인; 및
상기 이동성 관리 장치(MME)의 기능을 수행하기 위한 일련의 요구 사항을 상기 제어 플레인으로 제공하는 애플리케이션 플레인;을 포함하며,
상기 제어 플레인에는 상기 복수의 스위치에 대하여 데이터의 흐름을 제어하는 제어부가 구비되고,
상기 제어부는 eNB에 구비되는 S1 인터페이스에 대한 정보를 서빙 게이트웨이(SGW)의 데이터 플레인으로 제공하여 설정하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.In a network function virtualization (NFV) system for virtualizing a mobility management device (MME) based on a software-defined network (SDN),
A data plane that transmits data using multiple switches;
A control plane that controls the topology of the plurality of switches; and
An application plane that provides a series of requirements for performing the functions of the above mobility management device (MME) to the control plane;
The above control plane is provided with a control unit that controls the flow of data for the plurality of switches.
A network function virtualization system characterized in that the above control unit provides information on the S1 interface equipped in the eNB to the data plane of the serving gateway (SGW) and sets it. 제1항에 있어서,
상기 데이터 플레인에서는 상기 서빙 게이트웨이(SGW)의 데이터 전달 기능을 처리하고,
상기 제어 플레인에서는 상기 서빙 게이트웨이(SGW)의 제어 기능을 처리하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.In the first paragraph,
The above data plane processes the data forwarding function of the serving gateway (SGW),
A network function virtualization system characterized in that the control plane processes the control function of the serving gateway (SGW). 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 서빙 게이트웨이(SGW)의 제어 기능은 상기 제어부와 연동하여 구동되는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.In the second paragraph,
A network function virtualization system, characterized in that the control function of the above serving gateway (SGW) is operated in conjunction with the control unit. 제1항에 있어서,
상기 이동성 관리 장치(MME)와 상기 서빙 게이트웨이(SGW)는 상기 제어부 상에서 실행되는 애플리케이션으로 구현되는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.In the first paragraph,
A network function virtualization system, characterized in that the above mobility management device (MME) and the serving gateway (SGW) are implemented as applications running on the control unit. 제1항에 있어서,
상기 제어부에서는 상기 복수의 스위치에 대하여 산출되는 부하 통계를 기반으로 로드 밸런싱(load balancing)을 수행하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.In the first paragraph,
A network function virtualization system characterized in that the control unit performs load balancing based on load statistics calculated for the plurality of switches. 제6항에 있어서,
상기 로드 밸런싱(load balancing)을 위하여 새로운 흐름이 수신되면 그에 대응하는 흐름 규칙을 설정하여 트래픽을 패킷 데이터 네트워크 게이트웨이(PGW)로 전달하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.In Article 6,
A network function virtualization system characterized in that when a new flow is received for the above load balancing, a corresponding flow rule is set and the traffic is forwarded to a packet data network gateway (PGW). 제2항에 있어서,
상기 데이터 플레인에서의 상기 서빙 게이트웨이(SGW)의 데이터 전달 기능과 상기 제어 플레인에서는 상기 서빙 게이트웨이(SGW)의 제어 기능을 처리하기 위한 정보는 GPRS 터널링 프로토콜을 이용하여 전달하는 것을 특징으로 하는 네트워크 기능 가상화 시스템.In the second paragraph,
A network function virtualization system, characterized in that information for processing the data transmission function of the serving gateway (SGW) in the data plane and the control function of the serving gateway (SGW) in the control plane is transmitted using the GPRS tunneling protocol.
KR1020220111177A 2022-09-02 2022-09-02 Method, apparatus and system for network virtualization Active KR102780024B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220111177A KR102780024B1 (en) 2022-09-02 2022-09-02 Method, apparatus and system for network virtualization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220111177A KR102780024B1 (en) 2022-09-02 2022-09-02 Method, apparatus and system for network virtualization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20240032332A KR20240032332A (en) 2024-03-12
KR102780024B1 true KR102780024B1 (en) 2025-03-12

Family

ID=90299990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220111177A Active KR102780024B1 (en) 2022-09-02 2022-09-02 Method, apparatus and system for network virtualization

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102780024B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170093749A1 (en) * 2014-05-12 2017-03-30 Nokia Solutions And Networks Management International Gmbh Controlling of communication network comprising virtualized network functions

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120039175A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Alcatel-Lucent Usa Inc. Enabling a distributed policy architecture with extended son (extended self organizing networks)
KR20180040963A (en) * 2016-10-13 2018-04-23 쿨클라우드(주) Aggregated routing method based on sdn and method for supplying multi tunant network
KR102369980B1 (en) 2019-09-17 2022-03-04 주식회사 케이티 Mobility Management Entity and Method for establishing emergency network using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170093749A1 (en) * 2014-05-12 2017-03-30 Nokia Solutions And Networks Management International Gmbh Controlling of communication network comprising virtualized network functions

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240032332A (en) 2024-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11811650B2 (en) Systems and methods for user plane function (“UPF”) offload at configurable routing fabric
EP2751964B1 (en) Implementing a 3g packet core in a cloud computer with openflow data and control planes
EP2831733B1 (en) Implementing epc in a cloud computer with openflow data plane
JP5873179B2 (en) Communication method and system, access network device, and application server
US10149331B2 (en) Communication system, serving gateway, communication method therefor, and base station
US9565553B2 (en) Localizing a mobile data path in a radio access network under control of a mobile packet core in a network environment
US10645009B2 (en) Method and apparatus for programmable buffers in mobile networks
US20180034726A1 (en) Systems and methods for multi-path communication over multiple radio access technologies
EP3991366B1 (en) Transporting a multi-transport network context-identifier (mtnc-id) across multiple domains
WO2014192259A1 (en) Network control device, network control method, program, and communication system
US20160174198A1 (en) Communication system, communication apparatus, and control method and control apparatus thereof
Heinonen et al. Dynamic tunnel switching for SDN-based cellular core networks
EP3136779B1 (en) Cell and method and system for bandwidth management of backhaul network of cell
CN114128228A (en) Transmission of MTNC-ID via SRv6 header for 5G transmission
EP3447977B1 (en) Packet processing method and apparatus
US9325625B2 (en) Mobile broadband packet switched traffic optimization
Khaturia et al. 5G-Flow: A unified Multi-RAT RAN architecture for beyond 5G networks
WO2015032441A1 (en) Apparatus and method for lawful interception
KR102780024B1 (en) Method, apparatus and system for network virtualization
US20150110117A1 (en) Multi-Link Aggregation Method and Device
Lee et al. Using load balancing mechanism to reduce overload in LTE/EPC defined network
Khaturia et al. 5G-flow: Flexible and efficient 5G RAN architecture using OpenFlow
Lee et al. A practical SDN-based data offloading framework
KR102186277B1 (en) Network apparatus and steering control method
Salih et al. Simulation and Performance Analysis of Software-Based Mobile Core Network Architecture (SBMCNA) Using OMNeT++

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601