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인터넷은 어떻게 작동될까요?

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LTE 시스템의 구조 : 네이버 블로그

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[통신프로젝트] LTE 네트워크 구조 _ CIS본부 파트2 이진연 수석

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[통신프로젝트] LTE 네트워크 구조 _ CIS본부 파트2 이진연 수석

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Summary of article content: Articles about LTE 네트워크 구조 학습 #1 :: 재밌는 코딩 공부 위 사이트에서 배운 내용을 정리한 글입니다. LTE 네트워크는 무선 접속망(E-UTRAN) 관련 기술을 다루는 LTE 부분과 Core 망 관련 기술을 다루는 EPC … …
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Summary of article content: Articles about 4G – LTE network 구조 및 LTE 장비별 식별자 UE의 인증 KEY정보 , UE Profile을 가지고 있는 LTE망의 중앙 DB. Profile에는 UE 서비스에 대응되는 QoS 등급정보 (우선순위, 최대 사용가능 대역폭 … …
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4G - LTE network 구조 및 LTE 장비별 식별자 — 4G – LTE network 구조 및 LTE 장비별 식별자

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LTE 망 구성도 by 재현 박재현
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LTE 망 구성도 by 재현 박재현
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Summary of article content: Articles about LTE 구조 / LTE 네트워크 구조 위 그림에서 무선 연결은 UE와 eNB간이고, 나머지는 모두 IP망을 통한 유선 연결입니다. S-GW (Serving Gateway). eNB 사이에서 핸드오버가 가능하게 도움 … …
Most searched keywords: Whether you are looking for LTE 구조 / LTE 네트워크 구조 위 그림에서 무선 연결은 UE와 eNB간이고, 나머지는 모두 IP망을 통한 유선 연결입니다. S-GW (Serving Gateway). eNB 사이에서 핸드오버가 가능하게 도움 … 사진 출처 : http://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5138 UE (User Equipment) 지금 사용하시고 있는 LTE 핸드폰 또는, 데이터 통신이 가능한 USB Dongle (USB Type으로 노트북에 연결하여 무선 인..
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LTE 시스템의 구조

기존의 이동통신 시스템은 교환기(MSC) – 기지국제어기(BSC) – 기지국(BTS) 이렇게 구성이 된게 일반적이었습니다. 하나의 교환기에는 다수의 BSC가 연결되고 하나의 BSC는 또 다수의 기지국과 연결된 형태였어요. 여기서 휴대 단말과 무선으로 연결되는 장비가 바로 기지국입니다. 3G(WCDMA)에서는 용어가 살짝 바뀌어서 기지국은 Node-B, 기지국제어기는 RNC라고 불렀고 Node-B와 RNC를 합쳐서 UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)이라고 불렀습니다. 3G WCDMA에서 코어망은 SGSN, GGSN 등이 있었습니다. 앞서 3G 네트워크는 서킷망과 패킷망으로 구성되어 있다는 점을 말씀드린 바 있습니다. 그렇다면 LTE 시스템은 어떻게 구성되어 있을까요? LTE 시스템은 기지국의 이름이 eNB(evolved Node B)로 바뀌었고 코어망은 서킷망이 없이 패킷망으로 구성되어 EPC(Evolved Packet Core)라고 부릅니다. 다만 EPC는 논리적인 개념을 얘기하는 것이고 실제로 장비는 MME, SGW, PGW 등 다른 이름으로 불립니다. 참고로 LTE에서 무선망과 코어망을 합쳐서 EPS(Evolved Packet System)이라고도 합니다.

LTE 시스템 구조에서 가장 큰 특징은 기지국제어기가 없어졌다는 점입니다. 기존 3G에서의 RNC 기능이 eNB로 흡수되었기 때문입니다. 이것은 스케쥴링이나 핸드오프 등의 기능을 빠르게 제어하기 위해서인데, 그러다보니 기존에 없던 기지국간 인터페이스가 추가로 정의되게 됩니다. 이것을 X2 인터페이스라고 부릅니다. 그리고 패킷망으로만 구성된 LTE 네트워크에서 VoLTE나 영상통화 등을 효율적으로 지원하기 위해 IMS(IP Multimedia Subsystem)이 추가되었습니다.

아래 그림을 보시는게 이해가 빠르실 듯 합니다. 그림은 넷매니아즈에서 가져왔습니다.(허락없이 가져왔는데 문제가 된다면 삭제하겠습니다. -.-;;)

MME는 Mobility Management Entity의 약자로 가입자의 관리, 위치 등록, 인증, 통화와 관련된 제어 신호 처리, 3G 네트워크와의 연동을 담당합니다. SGW는 Serving Gateway의 약자로 통화 설정 관리, 패킷 데이터 전달, IP 이동성 관리, 3G 네트워크와의 연동을 담당합니다. SGW는 eNB간 핸드오프시에 앵커링 역할도 담당합니다. PGW는 Packet Data Network Gateway(PDN-GW라고도 부름)의 약자로 외부 네트워크와의 연동, 데이터 통화 설정 관리, 데이터 사용량에 따른 통화 요금 정보를 제공하는 역할을 합니다. PGW의 중요한 기능 중 하나가 바로 IP 주소를 할당하는 것이며 SGW가 eNB간 핸드오프시 앵커링 역할을 담당했듯이 PGW는 SGW간 이동시에 앵커링을 담당합니다.

HSS는 Home Subscriber Server의 약자로 UE별로 인증을 위한 Key 정보와 가입자 프로파일을 가지고 있는 LTE망의 중앙 DB입니다. PCRF는 Policy and Charging Rule Function의 약자로 과금을 담당하는 장비입니다. SPR은 Subscriber Profile Repository의 약자로 UE별 과금 정책을 저장하는 DB입니다. 즉 가입자별 과금 정책은 PCRF에 저장되는 것이 아니라 SPR에 저장됩니다. OCS는 Online Charging System의 약자이며 선불 요금제에서 실시간 사용량을 체크하는 장비입니다. 만약 선불 요금 가입자에게 주어진 데이터량이 모두 소모되었다면 OCS는 PGW에게 인터넷 접속을 금지하라고 통보하게 됩니다. OFCS는 Offline Charging System의 약자로 PGW가 전달해주는 CDR(Call Detail Record)을 받아 중앙에서 관리하는 장비입니다.이 이외에도 다수의 부가서비스 장비가 있을 수 있으나 사업자 별로 구성이나 명칭이 다르고 제조사별로도 달라서 모두 설명하는 것은 제 능력 밖의 일이니 양해해 주시기 바랍니다.

네트워크에 대해서 얘기하다 보면 Bearer라는 용어가 자주 나오는데 이것에 대해서 간단히 설명하고자 합니다. 베어러는 신호(또는 데이터) 운반자를 의미하며 네트워크의 구간별 시스템 간에 신호의 흐름 자체를 지칭하는 용어입니다. 베어러는 제어 신호를 전달하거나 사용자의 데이터(또는 음성)을 전달하는 두 가지 용도로 구분됩니다. 통화자의 신호 흐름을 User Plane이라고 하고 제어 신호의 흐름을 Control Plane이라고 합니다. LTE 코어망에서 보면 MME가 제어 신호를 제어하는 장비이고 사용자 데이터 흐름의 관리는 SGW가 담당합니다. 위 그림에서 사용자의 데이터 흐름은 어떻게 될까요? 사용자 데이터는 UE(단말)에서 eNB로 eNB에서 SGW 그리고 PGW를 거쳐서 인터넷 통신을 하게 됩니다. 기타 장비들은 사용자 데이터 흐름에 직접 관여하지 않고 제어 신호들만 왔다갔다 합니다.

지금 이 순간 :: LTE Network 구조

1. 모바일 네트워크 기본 구성

2. LTE network 참조모델

3. LTE 망구성도

4. LTE 네트워크에서 트래픽 흐름

1. 모바일 네트워크 기본 구성

– Radio Access Network

– Core Network and Systems

– Operation Support Systems

– Content and Applications

가. Radio Access Network

– UE(Mobile User Equipment)와 네트워크 연결 제공

– UE-Radio Controllers-Core Network

– Radio Controllers (BSC Base Sation Controllers for GSM/GPRS/EDGE and RNC Radio Network Controllers for UMTS)

– LTE에서는 Radio controller의 역할을 eNode B에서 담당

나. Core Network

– Voice switching, 데이터 패킷을 인터넷 망에 전달

– 모바일 서비스 control 및 관리

다. Operation Support Systems

– 모바일 서비스 지원

– Billing, Voice messaging, Video Conference, Location Based Service 등

라. Content and Applications

http://3gwiz.com.au/ozmobilenet/?page_id=430

2. LTE network 참조모델

– LTE 네트워크 참조 모델은 LTE 엔터티들과 EPC(Evolved Packet Core) 엔터티들로 구성

– LTE 엔터티는 UE와 eNB이고 EPC 엔터티로는 S-GW, P-GW, MME, HSS, PCRF, SPR, OCS 및 OFCS가 해당

– PDN은 사업자 외부 또는 내부 IP 망으로 인터넷이나 IMS와 같은 서비스 기능을 제공

1) UE(User Equipment)

– LTE-Uu 무선 인터페이스를 통하여 eNB와 접속한다.

2) eNB(evolved Node B)

– 사용자에게 무선 인터페이스를 제공한다

– 무선 자원 관리

3) MME(Mobility Management Entity)

– UE의 이동성 및 세션 관리

– 사용자 인증 및 로밍 등

4) S-GW(Service Gateway)

– eNB 간 핸드오버 및 3GPP 시스템 간 핸드오버시 anchoring point

5) P-GW(Packet Data Gateway)

– UE를 외부 PDN 망과 연결해주며 패킷 filtering을 제공

6) HSS(Home Subscriber Server)

– 사용자 프로파일을 갖는 중앙 DB로 MME에게 사용자 인증 정보와 사용자 프로파일을 제공

3. LTE 망구성도

– 망 용량을 늘이기 위해 메크로 셀들의 사이즈가 작아지면서 셀 사이트의 수가 증가하고 이로 인해 수많아진 셀사이트들에 대한 구축 및 운용 비용의 문제를 해결하기 위해 제시된 새로운 RAN 구조가 C-RAN (Centralized/Cloud RAN)이다.

– C-RAN은 기존에 하나의 셀사이트에 있던 BBU와 RRH를 분리하고, 각 셀사이트에 있던 BBU들은 한 곳에 모아서(Centralized), 실제 무선 신호가 송수신되는 셀사이트에는 RRH와 안테나만 남겨놓는 구조이다.

– 서로 떨어져 다른 장소에 설치되는 BBU와 RRH간은 광케이블(Dedicated Fiber per RRH or Dedicated λ per RRH)로 연결한다.

– RRH는 옥외형 장비로 개발되는 매우 단단하고 단순한 장비이기 때문에 별도의 냉각 시설이 필요없다. 따라서 옥내 상면은 필요없고 옥외 RRH와 안테나만 설치할 공간만 임차하면 되므로 임차비용을 최소화할 수 있고 또한 전원을 공급할 장비가 RRH 하나이므로 전기 요금 또한 최소화할 수 있다.

– 기술 발전에 따라 기존 중계기의 역할을 기지국의 구성 요소 인 RRH(Remote Radio Head)가 대체해 가고 있음

http://blog.cyworld.com/nackji1980/3662354

http://blog.cyworld.com/nackji1980/3662354

4. LTE 네트워크에서 트래픽 흐름

http://mesdat.ucsd.edu/projects/BS/

http://www.radisys.com/products/mediaengine/solutions/media-resource-function/

<참조>

Netmanias.2012.08.08-[ko] LTE Network Architecture.pdf

Netmanias.2014.02.04.SK Telecom LTE Fronthaul and Backhaul Architecture.pdf

[통신프로젝트] LTE 네트워크 구조

우리가 흔히 통신기술의 전화과정을 이야기 하는4세대(4G) 통신 LTE(Long Term Evolution)을 직역하면 ‘오랜 기간 동안의 진화’ 입니다. 통신 규격으로 쓰기에는 다소 엉뚱한 표현이기는 하나, 3세대에서 4세대로 진입하는 기간 또는 WCDMA에서 LTE까지의 진화과정을 말하기에는 적당한 명칭입니다.

LTE를 설명하려면 전 세대인 3세대(3G)부터 풀어내야 하는데, 3G는 크게 미국식 CDMA와 유럽식 GSM(WCDMA)로 구분됩니다. 국내에서는 SK텔레콤과 KT가 유럽식 WCDMA를 도입했습니다. LG유플러스는 미국식 CDMA를 그대로 유지했습니다. 단말 네트워크 지원 내역에서 확인할 수 있는 HSDPA, HSUPA, HSPA 등은 WCDMA를 기반으로 합니다. 리비전.A(Rev.A)나 리비전.B(Rev.B) 등은 CDMA를 토대로 진화한 네트워크 기술입니다.

이 중 LTE는 유럽식 WCDMA를 진화시킨 통신 규격입니다. 즉 기존 3G망과의 연동이 쉽습니다. 연동이 쉽다는 말은 망 투자 비용을 줄일 수 있고, 서비스 지역을 더 빠르게 늘릴 수 있다는 것을 의미하며, 새롭게 망을 구축하는 것보다 효율적입니다. 당시 WCDMA는 전 세계적으로 70% 이상이 채택하고 있는 글로벌 통신 규격 중 하나였기에 미래지향적인 선택이었다고 말합니다.

상용화 당시 LTE 속도는 이론상 하향 최대 75Mbps(현재기준 300Mbps) 였습니다. 3G 세대와 비교해보면 HSDPA 14Mbps보다 5배(현재기준 약20배) 빠른 속도입니다. 42Mbps 속도의 HSPA+보다 2배(현재기준 약7배) 이상 빠릅니다.

LTE의 네트워크 구조

현재 상용화된 이동통신 중 가장 언급이 많이 되는 기술은 LTE입니다. SKT나 LG U+에서도 각종 언론을 통해 “LTE”란 용어를 일반인에게 노출하고 있습니다. 그래서 이번에는 LTE를 구성하는 네트워크 장비 요소(NE, Network Element)들에 대해서 간단히 살펴 보도록 하겠습니다. 아래 그림은 LTE NRM(Network Reference Model, LTE네트워크 참조모델) 즉, LTE 네트워크 구조를 도식화 한 것입니다.

(사진출처: 넷매니아즈)

LTE 네트워크는 무선 접속망(E-UTRAN) 관련 기술을 다루는 LTE(여기서는 eNB로 표현) 부분과 Core 망 관련 기술을 다루는 EPC(Evolved Packet Core, 여기서는 MME, S-GW, P-GW, HSS 등을 표현) 부분으로 나누어지고 LTE와 EPC를 통합하여 EPS(Evolved Packet System)라 일컫습니다. LTE 네트워크는 E2E all-IP 네트워크이므로 사용자 단말이 기지국에 접속하는 무선링크로부터 서비스 엔터티로 연결해주는 PDN까지의 트래픽 흐름은 모두 IP 기반으로 동작합니다.

UE (User Equipment)

사용자 단말입니다. 그 형태는 스마트폰일 수도 있고, 아니면 데이터 통신만을 목적으로 하는 USB dongle(USB type으로 노트북에 연결하여 무선 인터넷 사용)일 수도 있습니다.

UE에는 “가입자 식별/인증을 위한 IMSI(International Mobile Station Identity, 국제 이동국 식별변호)값이 내장된 USIM 카드”가 삽입될 수 있게 되어 있습니다. 당연히 UE는 LTE 칩을 내장하고 있어 LTE 망에 접속할 수 있는 단말입니다.

eNB (Evolved Node B)

“LTE 기지국”이라 불리며, UE와 LTE 네트워크 간에 무선 연결을 제공하는 장비입니다. WCDMA에서는 Node B라고 불립니다. 위 그림에서 무선 연결은 UE와 eNB간이고, 나머지는 다 유선 연결(IP망을 통한)입니다.

S-GW (Serving Gateway)

S-GW의 특성을 딱 한마디로 규정 짓기가 좀 어려운데, 일단 대표적인 것이 eNB간 핸드오버(Hand-Over)시 에 anchoring 역할을 하는 것입니다. 처음에 eNB1에 접속하여 인터넷을 사용하던 UE가 이동을 하여서 eNB1과의 접속을 해지하고, eNB2와 접속을 하는 경우 (우리는 이를 핸드오버라고 합니다. 물론 핸드오버시에 통신의 끊김은 없습니다.) S-GW가 anchoring 역할을 합니다. anchoring은 “닻”이란 뜻으로, “닻”을 한곳에 내려 놓으면 그 위치는 변하지 않습니다.

즉, 하나의 S-GW를 축으로 eNB1에서 eNB2로 UE의 핸드오버가 발생하게 됩니다. 위 행위를 좀 더 멋지게 표현하면 “S-GW는 Intra-LTE mobility에서 anchor point 역할을 한다”고 할 수 있습니다.

P-GW (PDN Gateway)

P-GW는 하는 일이 참 많습니다.

단말에 IP 주소를 할당합니다. (DHCP 프로토콜이 아닌 3GPP에서 규정하고 있는 UE 접속 절차를 통해서 IP 주소 할당) 앞서 핸드오버 발생시에 S-GW는 eNB들에 대한 anchoring을 해 준다고 말씀 드렸습니다. P-GW는 S-GW들에 대한 anchoring을 수행합니다. UE가 이동중에 S-GW1에서 S-GW2로 변경이 되는 경우(S-GW1이 관리하는 eNB에서 S-GW2가 관리하는 eNB로 이동) P-GW가 anchoring 포인트가 됩니다. UE별로 서로 다른 QoS(Quality of Service) 정책을 적용(우선순위, 대역폭 제어 등의 행위를 수행)합니다. UE별로 Accounting Data를 관리합니다. Accounting Data라 함은 대표적으로 상·하향 트래픽 양(# of bytes, # of packets), 접속시간 등이 될 수 있으며, P-GW는 이 데이터를 CDR(Charging Data Record) 형태로 OFCS에게 전달합니다. 쉽게 말해 각 가입자 별로 언제 접속했고, 얼마나 데이터를 사용했고, 얼마동안 접속했는지 이력을 P-GW가 모두 생성/관리하고, 그 데이터를 OFCS로 전달하는 것입니다.

참고로, 사용자 데이터는 [UE – eNB – S-GW – P-GW]를 통해 Internet과 통신합니다. 즉, 다른 NE들은(ex. MME, PCRF등) 사용자 데이터가 지나가지 않습니다.

MME (Mobility Management Entity)

LTE 망의 “두뇌” 역할을 하는 장비라 보시면 됩니다.

그 역할은,

UE를 인증(Authentication)합니다. 인증 프로토콜은 EPS-AKA입니다. UE를 인증하기 위한 Key 정보는 HSS에 들어있고, 이 Key 정보를 HSS로부터 받아서 UE 인증을 수행합니다. EPS 베어러를 관리합니다. EPS 베어러란 쉽게 말해서 UE가 인터넷을 사용하기 위해 [UE – eNB – S-GW – P-GW] 구간에서 생성되는 논리적인 터널(GTP 터널)이라 보시면 되며, MME는 그 터널의 생성/변경/해제 등의 행위에 관여합니다. 가입자의 Mobility 상태를 관리합니다. 쉽게 생각하시면 현재 UE가 망에 접속되어 있는지, 아닌지, 접속되어 있는데 인터넷을 사용하는지 아니면 사용하고 있지 않은지(Idle state)를 관리합니다.

HSS (Home Subscriber Server)

각 UE(가입자)별로 ①인증을 위한 Key 정보와 ②가입자 프로파일을 가지고 있는 LTE망의 중앙 DB입니다. 가입자 프로파일에는 각 가입자가 가입한 서비스 상품에 맞는 QoS 등급 정보(우선순위, 최대 사용 가능 대역폭 등)가 들어있습니다. 인증을 위한 Key 정보와 가입자 프로파일은 UE가 LTE망에 접속할 때 HSS에서 MME로 전달됩니다. 이후 “두뇌” 역할을 하는 MME가 UE에 대한 인증도 수행하고 가입자 프로파일(QoS 정보)을 기반으로 EPS 베어러를 생성하도록 합니다.

PCRF (Policy and Charging Rule Function)

UE별로 정책(Policy)과 과금(Charging)에 대한 룰(Rule)을 정하는 장비입니다. 정책(Policy)은 UE가 사용할 QoS 정보로 보시면 됩니다. 과금(Charging)은 Offline 과금을 할 건지 Online 과금을 할 것인지에 대한 정보입니다. 그 정보들은 PCRF에서 P-GW로 전달되고, P-GW는 PCRF가 준 정보를 기반으로 UE에 대한 제어(QoS, Charging)을 수행하게 됩니다.

SPR (Subscriber Profile Repository)

UE별 Policy 및 Charging 룰(Access Profile)은 PCRF에 저장되어 있지 않고, 대신 SPR이란 DB에 저장되어 있습니다. 그래서 PCRF는 SPR로 부터 UE에 대한 Access Profile를 가지고 오게 됩니다.

OCS (Online Charging System)

우라나라의 경우 후불제(Postpaid)가 일반적이지만, 선불제(Prepaid)를 사용하고 있는 해외 통신사업자도 꽤 있습니다. 예를 들어, “한달 동안 5GB 사용”이 가능한 선불카드를 구매한 가입자에 대해, 망은 사용자 사용량을 “실시간으로 관리”하다가 5GB를 다 쓰는 바로 그 시점(혹은 한 달이 지난 시점)에 사용자가 더이상 인터넷을 사용하지 못하도록 해야 합니다. 이를 위한 시스템이라고 보시면 됩니다.

실시간 사용량은 P-GW에서 관리하고 그 정보를 OCS로 전달해 주면 OCS가 사용자별로 남은 사용량(balance 혹은 credit이라 부릅니다.)이 얼마인지 중앙 관리를 하고, credit을 다 사용한 가입자를 판별/판단하여 더 이상 인터넷 사용을 못하도록 P-GW에 그 사실을 알려 줍니다.

OFCS (Offline Charging System)

앞서 설명드린 바와 같이 P-GW가 전달해 주는 CDR을 받아 중앙에서 관리하는 장비입니다.

PDN (Packet Data Network)

그냥 Internet이라고 보시면 됩니다. 일단은 PDN = Internet = IP Network

LTE

.

지금까지의 기본적인 네트워크 구조를 살펴보았습니다

본 포스팅에서 다룬 LTE 네트워크 구조는 한 사업자 내의 LTE only 망을 대상으로 한 것으로 가장 기본적인 EPS 구성 요소들만을 다루었습니다. 물론, 이 글만으로 아주 복잡한 LTE의 전체 구조를 다 이해할 수는 없습니다만, 다른 LTE 기술 문서를 이해하는데 있어 기본이 되므로, 관련된 업무를 수행하는데, 조금이나마 도움이 되셨으면 합니다.

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LTE 네트워크 구조 | NETMANIAS

LTE 시스템의 구조

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