LTE EPC Call Flow를 학습하기 이전에 LTE EPC의 기본인, EMM 및 ECM 상태에 대해서 알아보고 정리해보았다.
[ EMM 소개 배경 ]
단말 사용자는 LTE 망에 접속하면서 가입자 인증을 받아 망에 등록되고, 서비스를 이용하기 위한 EPS 세션 및 베어러를 설정하고, 이동성을 지원하기 위한 관리를 받게 된다. 이 때 MME는 망에서 사용자와 Signaling Connection을 맺고 제어 메세지를 주고 받으며 이를 처리한다.
사용자와 망간 Mobility 및 Session 제어는 UE와 MME 사이의 제어평면에 위치한 NAS(Non-Access Stratum) 계층에서 NAS 프로토콜에 의해 처리된다.
NAS 기능은 EMM(EPS Mobility Management) 과 ESM(EPS Session Management) 으로 구분된다.
[ EMM ]
EMM 이란 NAS 계층 에 위치하는 부계층으로 UE와 MME의 일반적인 연결이라고 생각하면 된다.
아래 그림을 살펴보자.
초록색 네모 칸에 표시되어있는 두 개의 NAS 평면(UE의 NAS 평면, MME의 NAS 평면)에 단말이 올라와있고, 올라와있지 않고의 차이를 만들어내는 요소가 EMM이다.
[ EMM 절차 종류 ]
- EMM 공통형 : GUTI 할당, 인증(Authentication), UE 식별, 보안 모드 제어, EMM 정보 절차 -> NAS 시그널링 연결이 존재하면 망에 의해 항상 실행될 수 있는 절차
- EMM 특화형 : Attach, Detach, TA 갱신 -> 사용자 이동성 관련 절차
- EMM 연결관리형 : 서비스 요청, 페이징(Paging), NAS 메세지 전송 -> NAS 시그널링 연결 설정과 관련된 절차
[ EMM 상태 ]
- EMM-Registered : UE가 망에 Attach 되어있는 경우 ( 두 NAS 평면위에 단말이 올라와있는 경우 )
- EMM-De-Registered : UE가 망에 Detach 되어있는 경우 ( 두 NAS 평면위에 단말이 올라와있지 않은 경우 )
[ ECM ]
EMM에서 더 나아가서 UE와 MME가 NAS 메세지를 주고받기 위해서는 Signaling Connection이 필요한데 이 연결을 ECM 이라고 표현한다. 즉, EMM은 단순히 망에 올라와 있고/없고를 구분하는 단어라면, ECM의 경우 실질적인 연결이 되어있는지/없는지를 구분하는 단어이다.
ECM은 크게 두 가지 구간으로 구분된다.
- RRC 구간(연결) : UE와 eNB 간의 연결을 의미한다.
- S1 시그널링 구간(연결) : eNB와 MME간의 연결을 의미한다.
위의 두 가지 구간은 한꺼번에 동작한다. 즉, RRC 구간이 연결되면 S1 시그널링 구간 또한 연결되고, RRC 구간이 휴지상태로 천이되면, S1 시그널링 구간 또한 휴지상태로 천이된다.
[ EMM 상태 천이 ]
EMM/ECM 및 RRC(S1 당연히 포함) 상태는 EMM 절차에 따라 변화하며 이 변화과정을 상태천이 라고 부른다.
본 문서에서는 ( 넷매니아즈 문서 ) 상태를 총 네 가지로 분류하여 축약해놓았다. 아래 표를 참고하여 글을 정리해보았다.
[ EMM Deregistered State ]
UE가 망에서 Detach 되어있는 경우이다. A의 경우 Provisioning 정보를 제외하면 UE에 대해 아무런 정보를 갖고있지않으나, B의 경우는 UE가 직전에 망에 접속되었을 때 갖고 있던 GUTI와 NAS Security Context 정보가 유효한 경우 이를 갖고 있는다.
B 상태에서 망은 사용자가 다시 Attach 할 것에 대비하여 정보를 유지하다가 시간이 경과하면 이들 정보를 삭제하고 A 상태로 천이한다.
EMM Deregistered 상태에서 UE는 PLMN 선택 및 셀 선택을 수행하면서 어느 통신망 어느 셀과 통신 가능한지 파악한다. UE가 망에 접속을 요청하면 Attach 절차 수행되면서 C 상태로 천이된다.
[ EMM Registered State ]
C 상태의 경우 제어 평면의 시그널링 연결들과 사용자 평면의 EPS 베어러들에 무선 및 망 자원이 할당되어있고, UE는 통신 중에 무선신호 품질이 더 좋은 셀로 핸드오버를 수행할 수 있다.
D 상태의 경우 UE가 비활성화 되어 ECM/RRC 연결이 해제된 상태로, S5 베어러를 제외한 DRB와 S1 베어러에 자원이 할당되어있지 않다. 이 상태에서는 UL/DL 트래픽을 전송할 수 없다. 트래픽을 전송하기 위해서는 C 상태로 천이한 후 DRB, S1 베어러를 활성화해야한다. D 상태에서는 UE 셀과 이웃 셀들의 무선신호 세기를 측정하여 핸드오버 판단 기준에 따라 머무를 셀을 선택한다.
D 상태에서 C 상태로의 천이는 [ 새로운 UL/DL 트래픽 발생, TA가 바뀌거나 TAU 요청을 수행하는 경우 ]에 발생한다.
C 상태에서 D 상태로의 천이는 [ 일정시간동안 UL/DL 트래픽이 없는 경우, TAU timer 경과하여 TAU 요청 수행하고 자원을 바로 해제하는 경우 ]에 발생한다.
전원이 꺼지거나 무선링크 실패인 경우 망에서 Detach되어 B 상태로 천이한다. 이 외에 C 상태에서 LTE가 아닌 다른 망으로 핸드오버가 발생하거나, UE가 망 접속 절차 수행 중 접속을 거절 당하거나, TA 갱신 요청시 거절 당할 때 B 상태로 천이한다.
이 외의 내용들은 세부적인 내용 + 중복되는 부분으로 여기까지만 정리하면 될 것 같다. EMM에 대해서 기억이 흐릿해질 때 다음 그림을 참고하자.
