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사용자가 LTE 망에서 겪는 여러가지 경험들
A variety of user experience in LTE network
February 06, 2012 | By 유창모 (cmyoo@netmanias.com)
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12

 

기술용어를 쓰지 않고 제목을 적다 보니 딱히 마음에 들지는 않네요. 

 

오늘은 LTE 단말이 전원을 켜서 LTE 망에 붙고, 인터넷을 쓰다가 안쓰고... 또 그 와중에 이동을 하고 등등의 "사용자가 LTE 망에서 겪는 여러가지 경험들"에 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 아래 그림을 봐 주세요.

 

 

 

1. 초기 접속 (Attach)
 

단말(UE)의 전원을 키고 Attach Request 메시지를 LTE 망에 보내어 접속을 시도 합니다. UE와 LTE 망은 상호 인증을 한 후에 LTE 망은 그 UE를 위한 EPS Bearer(UE - eNB - S-GW - P-GW 간에 터널 형성)를 생성하며, 이때 UE가 가입한 QoS Profile에 맞게 그 EPS Bearer가 만들어 집니다(쉽게 생각해서 그 UE가 사용할 수 있는 최대 UL/DL 대역폭이 설정). 그리고 LTE 망은 Attach Accept 메시지에 UE가 사용할 IP 주소와 GUTI, TAI List를 함께 넣어서 접속이 허용되었음을 알립니다.

이제 UE는 인터넷을 사용할 수 있는 상태가 됩니다. 

 
 
2. 망 접속 해제 (Detach)
 
단말(UE)의 망 접속이 해제(Detach)되는 경우입니다. 당연히 Detach가 된 후에 UE는 인터넷을 사용할 수 없는 상태가 됩니다. 이 Detach는 (1) UE가 망에 요청할 수도 있고(단말 전원을 끈다거나, USIM 카드를 뺀다거나), (2) MME가 판단하여 UE를 망에서 강제로 Detach 시킬 수도 있고(무선링크 품질이 안좋아 졌다고 판단하거나, 재인증이 실패하거나, 아니면 통신 사업자의Operation & Maintenance의 이유로...), (3) 마지막으로 HSS가 UE를 망에서 강제로 Detach 시킬 수도 있습니다(단말 도난/도용으로 Illegal UE로 판단이 된 경우나 가입자의 QoS Profile이 변경된 경우 등)
 
 
3. 사용자 비활성화로 인한 무선자원 해제 (S1 Release due to User Inactivity)
 
단말(UE)이 인터넷을 한동안 사용하지 않으면 즉, UE가 송수신하는 트래픽이 일정 시간동안 없으면 UE는 휴지상태(Idle state)가 됩니다. 그래야 UE는 배터리를 절약할 수 있습니다. 망은 UE가 휴지 상태가 되는 경우 무선자원을 해제하여 다른 UE가 그 무선자원을 사용할 수 있도록 합니다(무선 자원이 가장 중요하니까 효울적으로 사용해야죠)
 
 
4. 휴지상태에서 트래픽 발생으로 인한 서비스 요청 (Service Request due to New Traffic)
 
휴지상태에 있는 단말(UE)에서 트래픽이 발생할 수도 있고(UL traffic), 또는 UE는 휴지상태에 있는데 망에서 UE로 향하는 트래픽이 발생할 수도 있습니다(DL traffic). 이 경우, 망은 휴지상태에 있는 UE를 깨우기 위해 Paging 절차를 밟습니다(Paging = 잠자는 UE야 일어나라!! 라는 행위). 이제 UE가 트래픽을 송수신 할 수 있도록 아까 해지됐던 무선자원을 다시 망으로 부터 할당받게 됩니다. 그러면 UE는 이제 다시 인터넷을 사용하는 상황이 됩니다.
 
 
5. 주기적인 Tracking Area 갱신 (Periodic TAU)
 
이 경우는 단말(UE)이 휴지상태에 있는 경우에만 발생하는데요. TAU는 2011/12/16일자 Netmanias Blog에서 소개 드린 적이 있습니다.
비록 UE가 가지고 있는 TAI List에 UE가 위치하고 있더라도 일정시간 마다 UE는 잠시 깨어나서 TAU Request 메시지를 MME로 보내고(나 아직 살아있어요~) 다시 휴지상태로 갑니다.
 
 
6. TAU 절차 없는 핸드오버 (Handover without TAU)
 
무선 인터넷이 가장 좋은 점은 "이동성"이죠. 차 안에서도 이동중에 인터넷을 사용할 수 있다는 점(근데 자꾸 이런 세상이 되면, 아빠는 운전하고, 엄마/아이들은 아무 대화없이 자기 단말로 인터넷만 하고... 별로 아름다운 모습은 아닐 듯 하지만요...)
단말(UE)이 인터넷을 사용하면서 이동을 합니다. 그래서 처음에 eNB1에 붙어 있다가 이동을 하여 eNB2에 붙습니다. 트래픽의 끊김 없이요... 이게 Handover 입니다. 트래픽 끊김이 없으니 Seamless Handover 혹은 Lossless Handover라고 합니다(엄밀히 이 두 단어는 약간 차이가 있지만 일단 같다고 보세요). 근데 내가 새로 붙은 eNB2가 속한 TA(Tracking Area)가 UE의 TAI List에 있는 곳이라면 Handover는 발생하지만 UE가 망(MME)으로 TAU Request를 보내지는 않습니다.
 
 
7. TAU 절차 없는 셀 재선택 (Cell Reselection without TAU)
 
휴지상태에 있는 단말(UE)이 eNB1에서 eNB2로 이동하는 경우입니다. 그러면 Cell이 바뀐거죠. 그래서 Cell Reselection이라 부르는 것이구요. 하지만 UE가 송수신하는 트래픽은 없으니 Handover라고 하지는 않습니다. 그리고 바로 위(6번)와 같은 이유로 UE는 망(MME)으로 TAU Request를 보내지는 않습니다.
 
 
8. TAU 절차를 동반한 핸드오버 (Handover with TAU)
 
6번과 다른 한가지는 이동을 했는데 단말(UE)이 가진 TAI List에 없는 eNB로 이동을 한 것입니다(위 그림에서 UE는 TAI List=TA1, TA2를 가지고 있는데 TA3 지역으로 이동). 이 경우 Handover 절차 이후에 UE는 망(MME)으로 TAU Request를 보내어 내가 새로운 TA에 위치해 있음을 알립니다.
 
 
9. TAU 절차를 동반한 셀 재선택 (Cell Reselection with TAU)
 
7번과 다른 한가지는 휴지상태에서 이동을 했는데 단말(UE)이 가진 TAI List에 없는 eNB로 이동을 한 것입니다. 이 경우 UE는 잠시 깨어나서 망(MME)으로 TAU Request를 보내어 내가 새로운 TA에 위치해 있음을 알리고 다시 휴지상태로 돌아갑니다.
 
 
10. 다른 도시로 이동 (Move to Another City)
 
사실 우리나라만 놓고 보면 이런 경우는 일반적이지 않는데요. 왜냐하면 LTE 서비스가 보편화 되면 전국 커버리지를 가질 것이기 때문에 전국 어디에서나 LTE 신호가 잡힐 것입니다. 하지만 우리나라 말고 사우디를 생각해 보세요. 사막의 나라죠(제가 사우디에 한 2달 정도 출장을 간 적이 있는데요. 정말 덥더군요. 걸어서 5분 거리도 택시타기!). 사우디의 경우 사막 지역은 아마도 LTE 커버리지가 아닐 것입니다. 이 경우 사우디내 도시간 이동(리야드 수도에서 제다로 이동) 중에 LTE 신호가 끊어질 것입니다.
 
 
11. 다른 도시에서 초기 접속 (Attach in Another City)
 
그래서 다른 도시로 들어오게 되면 거기서 다시 LTE 신호가 잡히고 여기서 다시 Attach 과정을 진행하게 됩니다.
 
이태경 2012-04-15 00:57:16
안녕하세요? 저는 Ixia Korea 에서 LTE 기술 지원을 맡고 있는 이태경이라고 합니다. 꾸벅

TAU 및 X2 handover에 초점을 두고 자료를 보다가 갑자기 궁금증이 생겨 질문 드립니다.
위의 절차 11에서(out-of-service 에서 다시 LTE coverage로 와서 신호를잡고(BCH Synch) 다시 Attach procedure를 밟는데요, 이 경우, Initial Attach로 볼 수 있나요? 그렇다면 단말은 기존 TAI List를 지우고 Attach Accept에서
내려받는 TAI로 갱신하고 끝인가요?
질문이 더 심플했어야 하는지도 모르겠네요. 단말을 껐다 키든 망을 놓쳤다가 다시 잡던 항상 Initial Attach로 보아야 하는 것인가요?
넷매니아즈 2012-04-17 13:05:33
이태경님, 안녕하세요.

Attach 절차는 EMM-Deregistered 상태에 있는 단말이 망에 접속하고자 할 때 일어납니다.
단말을 Power-off하면 EMM-Deregistered 상태로 가므로 Initial Attach를 하게 되고, 망을 놓쳤다가 다시 잡는 경우에는 단말이 망을 놓쳤을 때 EMM-Registered 상태에 계속 있는가 EMM-Deregistered 상태로 천이하는가에 따라 망을 다시 잡을 때 Attach 절차가 수행될 수도 다른 절차가 수행될 수도 있습니다.

단말이 EMM-Registered 상태에서 EMM-Deregistered 상태로 천이하는 경우의 예는 Detach, Radio link failure, TAU-Reject, UE Power-off 등이 발생하는 경우로 이러한 경우는 단말이 EMM-Deregistered 상태로 가게 되고 다시 망에 접속시 Attach 절차를 거칩니다.
핸드오버나 무선링크 상태가 안좋아 잠시 망을 놓친 경우에는 계속 EMM-Registerd 상태에 있게 되므로 단말이 망에 접속시 Attach 절차를 수행하지 않습니다.

위의 절차 11은 City 1에 있던 단말이 City 2로 이동하면서 무선링크 품질이 나빠져 더 이상 통화할 수 없는 상태가 되어 망에서 detach되어 EMM-Deregistered 상태로 간 경우로, City2에서 valid NAS security context and GUTI를 갖고 다시 Initial Attach를 하게 됩니다.

Initial Attach 유형은 넷매니아즈 LTE 기술문서 "EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE" 편에 자세히 기술되어 있으니 필요시 참고하세요.

그리고..
Ixia 자료들을 통해 많은 도움을 받았기에 이기회를 빌어 감사드립니다. 앞으로 도움이 필요한 일이 있으면 여쭤보도록 할께요..
행인 2013-09-27 15:09:40
일반 피쳐폰에서는 핸드오프 경우 망자원을 사용하고있거나 휴지상태이거나 할때 둘다 핸드오프라고 하는거같은데
LTE에서는 망자원을 활용할때만 핸드오버 휴지상태는 cell recelection이라고 하는건가요?
개념상으로보면 둘다 핸드오버와 비슷한건가요?
dongkim 2014-05-19 14:43:43
행인님의 답을 달자면, 피쳐폰(2G,3G)는 호접속시 할당받는 무선자원을 계속 유지 합니다만, 4G(WIMAX? LTE?)같은 경우는 voice call(VOLTE) 가 아닌 일반 packet 통신의 경우는 traffic 요청이 있지 않으면 무선자원 할당을 받지 않습니다. 그래서 경우가 조금 다르죠... 그래서 망에는 붙었지만 traffic은 없는 idle 상태가 될 수 있습니다. 2G에서의 idle mode와 조금 다릅니다.
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