오늘은 LTE EPC 식별자에대해 간략히 공부해보았다. 규격서와 실제 통신에는 조금 차이가 있지만 원리를 이해해두고 빗대어 생각하는 힘을 기르자.
[ LTE Identification ]
- 생성 시점 :
- 장비 설치 시 commissioning
- 서비스 운영 전, 운영 중 사업자에 의하여 provisioning
- UE가 망에 접속하거나 사용자가 서비스를 이용함에 따라 생성
- 속성 : 설정값이 변하지 않는 고정값, 새로 설정될 때마다 할당받는 임시값 두 가지 형태로 존재. commissioning, provisioning → 고정값 망에 접속, 서비스 이용 → 임시값
- 식별 범위 : 전세계, 사업자 망, 엔터티, 연결, 채널 등에서 고유하게 식별된다.
[ LTE Identification 분류 ]
- UE ID : PLMN ID, IMSI, GUTI, S-TMSI, IP 주소(PDN 주소), C-RNTI, UE S1AP ID, UE X2AP ID
- ME ID : IMEI
- NE ID : GUMMEI, MMEI, Global eNB ID, ECGI, ECI, PGW ID
- Location ID : TAI, TAC
- PDN ID : APN
- Session ID : EPS Bearer ID, E-RAB ID, DRB ID, LBI, TEID
[ UE ID ]
UE : 사용자 단말을 나타낸다.
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PLMN ID
PLMN은 개인들에게 이동통신 서비스를 제공할 목적으로 구성된 망으로 통신 사업자가 개설하고 운영한다. PLMN ID는 MCC(Mobile Country Code) MNC(Mobile Network Code)로 구성된다.
- MCC : 이동통신 가입자가 속한 나라를 나타낸다.
- MNC : 각 나라에서 할당하고 통신사업자의 통신망을 나타낸다.
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IMSI ID
- IMSI는 전세계적으로 이동통신 가입자를 유일하게 식별하는 값이다.
- IMSI 포맷은 가입자가 가입한 이동통신망을 나타내는 PLMN ID와 이동통신사업자로부터 할당 받은 모바일 가입자 번호(MSIN)으로 구성되며 최대 15-digit을 넘지 않는다.
- 사용자가 단말을 구매하고 LTE 서비스에 가입하면 IMSI값이 저장돼있는 USIM카드를 받고, 사업자는 가입 등록 정보를 IMSI와 함께 HSS와 SPR에 provisioning한다. 이후 UE가 LTE 망에 접속하면 MME는 UE로부터 수신한 IMSI를 통해 가입자의 이동통신망을 식별하고 가입 등록 정보를 갖고있는 HSS를 선택하여 등록 정보를 다운로드 받아옴으로서 LTE 망의 기본 연결인 default EPS 베어러 설정을 시작한다.
- USIM, HSS 및 SPR에 설정되어 있는 IMSI 값은 영구적으로 저장되어 지워지지 않는 값이고, default 베어러 종료시 제거된다.
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GUTI, S-TMSI, M-TMSI
IMSI는 가입자를 고유하게 식별하는 영구적인 값으로 링크상 빈번히 노출될 경우 보안 문제가 야기될 수 있다. 이 때 GUTI는 UE가 망에 접속했을 때, MME가 할당하는 값으로 IMSI를 대신하여 가입자를 고유하게 식별할 수 있는 역할을 한다.
- GUTI 할당 : UE가 LTE 네트워크에 처음 접속할 때, IMSI 값으로 접속 요청을 하여 MME로부터 GUTI 값을 할당 받고 이 후 재접속할 때에는 IMSI 대신 GUTI 값을 사용한다. 재접속시 IMSI를 사용할 것인지 GUTI를 사용할 것인지는 UE에 TIN 값이 어느 값으로 setting되어 있는가에 따라 결정된다. UE가 초기접속 또는 등록 갱신에 성공하면 MME는 GUTI를 할당하여 UE에게 전송하고 TIN 은 GUTI로 setting한다. 이후 요청에는 IMSI 대신 GUTI가 사용된다.
- GUTI 포맷 :
*MMEGI ( MME Group Identifier ) : MME 그룹을 나타낸다.
*MMEC ( MME Code ) : MME 그룹 안에서 하나의 MME를 나타낸다.
*GUMMEI ( PLMN ID + MMEI ) : 전세계적으로 고유한 MME ID를 나타낸다.
*M-TMSI ( MME Temporary Mobile Subscriber Identity ) : 해당 MME 안에서 유일한 값을 나타낸다.
→ GUTI는 IMSI와 달리 UE가 LTE 네트워크에 등록할 때마다 MME로부터 할당받는 임시값이므로 무선링크에서 노출되더라도 보안에 대한 부담을 덜 수 있다. S-TMSI는 하나의 MME 그룹 안에서 UE를 고유하게 식별하고자 할 떄 사용되는 값으로 GUTI보다 짧은 길이를 갖는다. 여러 MME 그룹을 구성하지 않는 사업자 망 안에서 S-TMSI를 사용할 경우 무선 링크 전송 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.-
IP 주소 ( PDN 주소 )
UE가 PDN망에 접속할 떄 UE를 유일하게 식별하는 값으로 네트워크 ID와 호스트 ID로 구성된다.
UE에게 IP 주소를 할당하는 방법은 두 가지 방법이 있다.
- 고정 IP 주소 할당 방법 : 가입할 때 사업자로부터 고정 IP 주소를 할당 받고 사업자는 UE IP 주소를 HSS에 provisioning함으로서 UE가 망에 초기 접속시 접속 장소에 상관없이 고정 IP주소가 할당된다.
- 동적 IP 주소 할당 방법 : PGW는 IP pool을 갖고 UE가 망에 초기 접속시 마다 PGW가 가용한 IP 주소를 할당한다.
ex) 동적 IP 주소 할당
- C-RNTI
C-RNTI ( Cell Radio Network Temporary Identifier )는 셀 안에서 UE를 구분하기 위해 사용된다. eNB가 무선링크 접속구간인 셀에서 UE에게 할당하는 값으로 해당 셀 안에서만 적용되며, 셀 안의 UE들은 C-RNTI 값으로 유일하게 식별된다. UE가 현재 셀에서 벗어나 다른 셀로 접속하면 해당 셀에서 랜덤접속과정을 통해 새로운 C-RNTI를 할당받는다.
eNB는 UE에 대한 무선자원 할당을 관리하는데 다음 DU Frame에서 어느 UE가 자원을 사용할수 있는지를 PDCCH ( Physical Downlink Control Channel ) 상에 C-RNTI를 방송하여 알린다. UE들은 접속해 있는 셀의 PDCCH를 듣고 자신의 C-RNTI가 있으면 다음 상향/하향 프레임에서 자원을 사용할 수 있음을 알게 된다.
- UE S1AP ID
S1-MME( eNB-MME )에서 UE를 구별하기 위해 사용된다. S1-MME 인터페이스에서 S1AP 계층은 eNB - MME 간 제어메시지를 처리한다. 동일 eNB에 접속한 모든 UE는 동일한 S1 링크를 이용하여 MME와 통신하므로, UE S1AP는 S1-MME 상에서 UE를 구별하는데 사용된다. MME는 여러 eNB와 통신하므로 상향 ( eNB → MME ) 으로는 eNB에서 eNB UE S1AP ID가 할당되고 하향으로는 MME UE S1AP ID가 할당되어, S1-MME 상의 사용자 제어 메세지는 { eNB UE S1AP ID, MME UE S1AP ID } 쌍으로 통신한다.
- UE X2AP ID
X2( eNB - eNB )에서 UE를 구별하기 위해 사용된다. X2 인터페이스에서 X2AP계층은 eNB와 eNB 간 제어 메세지를 처리한다. eNB에 접속한 UE 중 동일한 이웃 eNB와 통신하는 UE들은 같은 X2 connection을 이용하기 때문에 이를 구분해주기 위해UE X2AP ID를 사용한다. eNB 간 사용자 제어 메시지 통신 시 source eNB는 Old eNB UE X2AP ID를 할당하고 traget eNB는 New UE X2AP ID를 할당하여 X2에서 사용자 제어메시지는 { Old eNB UE X2AP ID, New eNB UE X2AP ID } 쌍으로 통신한다.
[ ME ID ]
ME ( Mobile Equipment ) : UE는 ME와 USIM ( UMTS Subscriber Identity Module ) 으로 구성되고, ME는 MT(Mobile Terminal)와 TE(Terminal Equipment)로 세분화될 수 있다. MT는 무선 접속 프로토콜이 동작하는 부분이고 TE는 MT 제어기능이 동작하는 부분이다.
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IMEI, IMEI/SV
IMEI는 ME를 전세계적으로 고유하게 식별하는 식별자이다. 제조시 생성되는 값으로 어느 회사에서 만들었고 어떤 모델이며, 시리얼 번호가 어떻게 되는지 나타낸다. ME는 영구적으로 IMEI, IMEI/SV ID를 갖게된다. 사업자는 IMEI 정보를 갖는 DB를 갖고 사용자 단말이 분실 또는 도난된 경우 망 접속을 거절할 수 있다.
*TAC : Type Allocation Code = RBID ( Reporting Body Identifier ) + Type ID
*SNR : Serial Number
*CD : Check Digit
*IMEI/SV : IMEI + SVN ( Software Version Number )
*RBID : 승인 기관
*Type ID : 제조사 및 모델명
[ NE ID ]
NE(Network Equipment) ID 는 LTE 망 장비 식별자이다.
- GUMMEI, MMEI, MMEGI 및 MMEC
GUMMEI, MMEI, MMEGI, MMEC는 MME를 식별하기위해 사용된다. MME에대한 식별은 사업자 망 안에서 식별되는 경우 MMEI(MME Identifier)로 식별되고 사업자 망 밖에서 식별하는 경우 PLMN ID와 MMEI가 결합된 GUMMEI(Globally Unique MME Identifier)로 식별된다. 사업자의 망 구성 형태에 따라 그룹을 구성할 수 있으므로 MMEI는 MME 그룹을 나타내는 MMEGI와 MME 그룹 안에서 개별 MME를 식별하는 MMEC로 구성된다.
- eNB ID 및 Global eNB ID
eNB에 대한 식별은 사업자 망 안에서 식별되는 경우 eNB로 식별되고 사업자 망 밖에서 식별하는 경우 PLMN ID와 eNB ID가 결합된 Global eNB ID로 식별된다. eNB를 구성하는 셀에 대한 식별자는 eNB ID와 Global eNB ID에 Cell ID가 붙어서 구성된다.
- PGW ID
UE가 LTE 네트워크에 접속하고자 하면 LTE 네트워크는 UE에게 PDN 연결을 제공한다. PDN 연결을 설정하는 제어 주체는 MME다. 따라서 MME가 UE와 PDN 간의 연결을 설정하기 위해
- 어느 PDN으로 접속할 것인지
- 어느 PGW를 통해 접속할 것인지
정해야 한다. UE가 접속할 PDN은 가입 정보로 HSS에 provisioning 되어 있으므로 MME는 HSS로부터 가입 정보를 다운로드 받아 이를 사용한다. P-GW 할당 방법은 가입정보로 HSS에 provisioning하는 정적 할당 방법과 MME가 P-GW 선택 정책을 사용하여 결정하는 동적할당 방법이 있다. 정적할당의 경우 HSS는 UE가 PDN 접속 시 사용할 P-GW를 MME에게 알려줌으로서 MME가 해당 PGW를 통해 PDN연결을 설정하도록 한다.
PGW ID는 PGW식별을 위해 사용하는 식별자로 IP주소 또는 FQDN의 형태를 갖는다. UE가 LTE 네트워크에 초기 접속한 경우 MME는 HSS에게 UE의 가입정보를 요청하고 HSS는 UE의 default PDN인 인터넷과 인터넷으로 접속하기 위한 PGW는 어떤 PGW인지에 대한 정보를 MME로 전송한다. MME는 PGW1를 통하여 인터넷으로 UE와 인터넷 간의 PDN 연결을 설정한다. PGW ID가 FQDN으로 주어진 경우에는 MME는 DNS Query를 통해 PGW IP주소를 얻은 후 PDN 연결을 설정한다.
[ 위치 식별 및 PDN 식별 ]
- TAC / TAI
TA( Tracking Area ) : UE의 등록 단위이자 MME가 휴지 상태(idle state)에 있는 UE의 위치를 파악하는 단위
TAC( Tracking Area Code ) : 사업자 망 안에서 TA를 식별하는 식별자
TAI( Tracking Area Identifier) : PLMN ID와 TAC가 결합하여 전세계적으로 고유하게 TA를 식별하는 식별자
UE가 LTE네트워크에 접속할 때 UE등록은 MME에 의해 수행된다. MME는 자신에게 등록된 단말이 어디있는지 Tracking하여 UE로 향하는 데이터가 발생하면 UE에게 전송해준다. 이 때 단말이 MME에게 자신이 어느 등록 영역에 있는지 알려야 하는데 이러한 등록영역을 TA로 나타낸다. MME는 UE가 휴지 상태에 있는 경우 UE가 가장 최근에 보고한 등록 영역에서 UE를 찾는다.
단말은 TA가 바뀌면 MME에게 새로운 TA를 알림으로써 자신의 위치를 알려야하고 MME는 UE의 위치를 갱신한다. UE가 휴지상태에 있을 때 UE로 향하는 데이터가 발생하면 MME는 UE가 가장 최근에 보고한 TA에 속한 기지국으로 페이징 메세지를 전달하여 단말에게 수신할 데이터가 있음을 알린다. TA 크기가 클수록 UE를 빨리 찾을 확률이 높지만 페이징으로 인한 시그널링 오버헤드가 증가하므로, TA 크기는 최적화 파라미터 중 하나이다.
MME는 UE가 망에 등록할 때 UE에게 TAI list라 불리는 일련의 TA 모음집을 할당한다. UE는 현재 TA에서 TA list에 있는 TA로 이동할 경우 TA 갱신 요청을 하지 않는다. TA list에 없는 TA로 이동하거나 갱신주기가 경과한 경우에는 MME에게 TA 갱신 요청을 한다. MME는 TAI 할당 정책에 따라 UE별로 다른 TAI list를 할당할 수 있다.
eNB는 설치 시 provisioning 정보에 의해 자신이 어느 MME에 속해있고 어떤 TA에 속해있는지 알 수 있다.
- APN
APN( Access Point Name )은 PDN 식별자이다. APN == PDN ID로도 불리며 사용자가 통신하기 원하는 IP망 즉 PDN을 식별하는 식별자이다. Network ID는 인터넷이나 Cooperate VPN같이 PDN을 식별하거나 IMS와 같이 PDN이 제공하는 서비스를 식별하는데 사용된다. APN은 가입자 등록 시 등록 정보로 HSS에 provisioning되며 UE가 초기 접속시 HSS로부터 MME로 다운로드되어 PDN연결이 설정되면서 MME, SGW ,PGW, PCRF에 저장된다. MME는 APN에 정의된 PDN으로 UE를 연결해줄 Gateway를 찾는데 APN을 사용한다.
