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LTE EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE (1편) - 초기 접속 절차 종류
LTE EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE (Part 1) - Case of Initial Attach
By Netmanias (tech@netmanias.com)
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목차

1. 시작하는 글

2. Case of Initial Attach

3. Simplified Call Flows of Each Case

 

 

2. Case of Initial Attach (초기 접속 유형)
 

사용자(UE)가 망에 접속할 때 MME에서 초기 접속 절차가 진행되는 유형을 살펴본다. 초기 접속 절차 첫 단계는 사용자가 망에 접속 요청을 함으로써 이루어지는데, 성공적인 초기 접속 절차를 간단히 기술하면 UE가 MME로 접속 요청(Attach Request) 메시지를 전송함으로써 시작되고, MME가 UE로 접속 승낙(Attach Accept) 메시지를 전송하면서 마무리된다. 이 때 UE는 MME로 Attach Request(UE ID) 메시지를 전송하면서 자신이 누구인지 UE ID(IMSI 또는 Old GUTI3)를 통해 알리고, MME는 UE로 Attach Accept(GUTI, TAI list) 메시지를 전송하면서 UE가 IMSI 대신 사용할 ID로 GUTI를, 위치 갱신 범위로 TAI list4를 알려준다.


UE로부터 Attach Request 메시지를 수신하여 UE로 Attach Accept 메시지를 전송하기 전까지 MME는 다음과 같은 절차를 거칠 수 있다(3장 참조):

  • UE ID 획득
  • 가입자 인증 (Authentication)
  • NAS Security Setup (NAS Security Key 설정)
  • 위치 등록 (Location Update)
  • EPS 세션 설정

이들 절차 중 어떤 절차를 거치는가는 초기 접속 유형에 따라 달라진다. UE ID 획득과 EPS 세션 설정 절차는 모든 초기 접속 유형에서 공통으로 수행된다. 나머지 절차들, 즉 가입자 인증, NAS Security Setup 및 위치 등록 절차는 초기 접속 유형에 따라 선택적으로 수행되는데 i) UE ID가 무엇인가(IMSI or Old GUTI)와 ii) 이 전 사용자 접속 정보가 망(MMEs)에 남아 있는가/없는가 등에 영향을 받는다. 이 글에서는 초기 접속 유형을 다음과 같은 기준으로 구분하기로 한다. 그림 1은 초기 접속 유형 구별을 위해 적용한 판단기준을 나타낸다.

  • UE가 망 접속 요청을 어떤 UE ID를 사용하여 하는가?(IMSI or Old GUTI)
  • UE가 망 접속 요청을 어떤 MME로 하는가?(이전5에 접속했던 MME or 이전에 접속하지 않은 MME)
  • MME가 “이전 사용자 접속 정보(UE Context)”를 망으로부터 얻을 수 있는가?(Yes or No)

 

그림 1. Criteria for Classification of Initial Attach

 

망(MME)에 UE ID를 포함한 “이전 사용자 접속 정보”가 없는 경우에 사용자를 Unknown UE, 있는 경우에 사용자를 Known UE로 정의하고, 2.1 절에서 Unknown UE에 대한 초기 접속 유형을 2.2 절에서는 Known UE에 대한 초기 접속 유형을 설명한다. UE가 “이전 망 접속 정보”를 갖고 있는 경우 Attach Request 메시지는 무결성 보호되어 전송되는 것으로 설명한다.


2.1 Unknown UE
그림 2는 사용자(UE)가 Attach Request 메시지를 전송하여 망에 접속을 요청하였을 때 망(MME)이 사용자에 대한 정보를 갖고 있지 않는 경우에 대한 초기 접속 유형을 나타낸다. 아래에서 각 유형을 정의하고 유형별로 다른 점을 설명한다(EPS 세션 설정 절차는 공통이므로 생략한다).

 

그림 2. Initial Attach Cases for Unknown UE

 

Attach Case 1: IMSI를 갖고 접속하는 UE
사용자와 망 모두 사용자의 이전 접속 정보가 없는 경우로 2편에서 설명할 EMM Case 1은 여기에 해당한다.
시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 UE ID를 IMSI로 하여 MME로 Attach Request 메시지를 전송하고 MME는 Attach Request 메시지로부터 IMSI를 획득한다.
2) MME는 모르는 UE이므로(UE가 IMSI를 전송했으므로) 인증 및 NAS Security Setup을 수행한다.
3) MME는 HSS로 위치 등록을 수행한다. 즉, HSS에게 사용자가 자신에게 등록했음을 알리고 HSS로부터 사용자의 가입자 정보를 다운로드 받는다.


Attach Case 2: 이전에 접속했던 MME로 접속하는 UE(New MME = Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”가 없는 MME

UE는 이전에 망에서 detach된 후에도 “이전 망 접속 정보(Old GUTI, NAS Security Context6)”를 갖고 있고 같은 MME로 다시 접속했는데, MME는 UE 정보를 갖고 있지 않은 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.

1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 NAS 무결성 키(KNASint)에 의해 무결성 보호되어(NAS-MAC을 포함하여) 전송된다.
2) GUTI는 MME ID인 GUMMEI를 포함하므로, New MME는 Old GUTI를 보고 자신이 할당했던 GUTI임을 안다. New MME는 Old GUTI를 찾아보았으나 Old GUTI에 대한 “이전 사용자 접속 정보”가 없다.
3) MME는 UE에게 Identity Request 메시지를 전송하여 IMSI를 요청한다.
4) UE는 Identity Response 메시지를 통해 MME에게 IMSI를 전달한다.
5) 이제 MME는 이 IMSI를 이용하여 Attach Case 1에서처럼 인증 및 NAS Security Setup을 수행하고 위치 등록을 수행한다.


Attach Case 3: 이전에 접속했던 MME가 아닌 다른 MME로 접속하는 UE(New MME ≠ Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”가 없는 MME
UE는 이전에 망에서 detach된 후에도 “이전 망 접속 정보”를 갖고 있고 이전과 다른 MME(New MME)로 접속했는데, 이전 MME(Old MME)에 UE 정보가 없는 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 무결성 보호되어 전송된다.
2) New MME가 Old GUTI를 수신하고 보니 다른 MME(Old MME)가 할당했던 GUTI이다.
3) New MME는 Old MME에게 Old GUTI와 Attach Request 메시지를 포함하는 Identification Request (Old GUTI, Complete Attach Request Message) 메시지를 전송하여 Old GUTI에 대한 “이전 사용자 접속 정보”를 요청한다.
4) 이를 수신한 Old MME는 해당 사용자 정보를 찾아보았으나 없다(이러면 IMSI도 없다).
5) Old MME는 New MME에게 Identification Response(error cause) 메시지를 통해 사용자 정보가 없음을 알린다.

 

여기까지 오면 Attach Case 2와 상황이 같아지고 이후 절차는 Attach Case 2에서 3), 4), 5)와 같다. New MME는 UE에게 Identity Request 메시지를 전송하여 IMSI를 요청하고 이를 수신한 UE는 Identity Response 메시지를 통해 MME에게 IMSI를 전달한다. MME는 이 IMSI를 이용하여 인증 및 NAS Security Setup을 수행하고 위치 등록을 수행한다.


2.2 Known UE
그림 3은 사용자(UE)가 Attach Request 메시지를 전송하여 망에 접속을 요청하였을 때 망(MME)이 사용자에 대한 정보를 갖고 있는 경우에 대한 초기 접속 유형을 나타낸다. Unknown UE의 경우와는 달리 Known UE의 경우에는 UE가 IMSI를 사용하여 접속하는 경우는 없다고 가정한다. 그림 3에서 UE와 MME는 사용자의 이전 접속 정보를 가지고 있고, UE는 Attach Request 메시지를 무결성 보호하여 전송한다.

 

그림 3. Initial Attach Cases for Known UE

 

Attach Case 4: 이전에 접속했던 MME로 접속하는 UE(New MME = Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”를 갖고 있는 MME
UE는 “이전 망 접속 정보(Old GUTI, NAS Security Context)”를 갖고 있고 같은 MME로 다시 접속했는데, MME가 UE 정보를 갖고 있는 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 NAS 무결성 키(KNASint)에 의해 무결성 보호되어(NAS-MAC을 포함하여) 전송된다.
2) New MME는 Old GUTI를 보고 자신이 할당했던 GUTI임을 안다. Old GUTI를 찾아보니 해당 사용자의 “이전 사용자 접속 정보(IMSI, MM Context(NAS Security Context, UE-AMBR))”가 있다.
3) MME는 Attach Request 메시지에 대한 무결성 검증을 한다.

i) NAS-MAC에 대한 무결성 검증이 실패하면, MME는 IMSI를 이용하여 가입자 인증을 하고 UE와 NAS Security Setup을 수행해야 한다.
ii) NAS-MAC에 대한 무결성 검증이 성공하면, MME는 가입자 인증 및 NAS Security Setup을 생략할 수 있다.


Attach Case 5: 이전에 접속했던 MME가 아닌 다른 MME로 접속하는 UE(New MME ≠ Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”를 갖고 있는 MME
UE는 “이전 망 접속 정보”를 갖고 있고 다른 MME(New MME)로 접속했는데, 이전 MME(Old MME)에 UE 정보가 있는 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 무결성 보호되어 전송된다.
2) New MME가 Old GUTI를 수신하고 보니 다른 MME(Old MME)가 할당했던 GUTI이다.
3) New MME는 Old MME에게 Old GUTI와 Attach Request 메시지를 포함하는 Identification Request (Old GUTI, Complete Attach Request Message) 메시지를 전송하여 Old GUTI의 “이전 사용자 접속 정보”를 요청한다.
4) 이를 수신한 Old MME는 해당 사용자 정보를 찾아본다. Old GUTI를 찾아보니 해당 사용자의 IMSI와 MM Context(NAS Security Context, UE-AMBR)가 있다.
5) Old MME는 Attach Request 메시지에 대한 무결성 검증을 한다.
6) Old MME는 New MME에게 Identification Response 메시지를 통해 무결성 검증 결과를 전달한다.

i) 무결성 검증이 실패한 경우 error cause를 전달한다.
ii) 무결성 검증이 성공한 경우 사용자 정보(IMSI, Old GUTI와 MM Context)를 전달한다.

 

무결성 검증이 실패한 경우 Attach Case 3과 상황이 같아지고 이후 IMSI 획득, 가입자 인증 및 NAS Security Setup 절차는 Attach Case 3과 같다. 무결성 검증이 성공한 경우 New MME는 Old MME로부터 IMSI와 MM Context를 수신하고, Attach Case 4에서 무결성 검증이 성공한 경우처럼 가입자 인증 및 NAS Security Setup을 생략할 수 있다. Attach Case 4와 다른 점은 UE가 새로운 MME로 접속하였으므로 New MME는 HSS와 통신하여 위치 등록을 수행한다.
 

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심정훈 2011-09-22 21:39:24
안녕하세요..
좋은 자료 잘 보고 있습니다...
몇가지 질문이 있습니다.

1. Attach Complete
18page 32)설명에서 Attach Complete는 옵션이므로 생략될수 있다고 하셨는데요...
스펙에서는 ATTACH ACCEPT에 ACTIVATE DEFAULUT EPS BEARER CONTEST REQUEST message가 있는 경우는
Attach Complete를 올리도록 되어 있습니다. 현재 attach시에는 무조건 default EPS bearer를 생성하니까.
무조건 attach complete를 올려야 하는게 아닌가 생각됩니다.
또한 attach complete를 MME가 수신해야만 T3450 timer도 종료하게 되어 있습니다.

2. 그림 11 (15 page)
29)번 DRB established가 하향 방향으로만 그림이 표시된것 같습니다. 설명에는 상향/하향 모두 설정인데....

p.s. 다음편이 빨리 나왔으면 좋겠습니다..
넷매니아즈 2011-09-23 15:51:30
안녕하세요.
Comment 및 관심가져주셔서 감사합니다. ^^

1. Attach Complete
말씀하신것처럼 option이 아니라 수정하였습니다. 참고로 아래 내용을 문서에 각주로 추가하였습니다.
- MME가 UE에게 전송하는 Attach Accept 메시지에 ESM 메시지인 Activate Default EPS Context Request 메시지가 포함되어 옴
- UE가 MME로 전송하는 Attach Complete 메시지에 ESM 메시지인 Activate Default EPS Context Accept 메시지가 포함되어 감.

2. 그림 10과 11에서 동그라미 의미는 채워져있으면 할당했다는 것이고 비어있으면 값을 받았다는 것입니다.
- DRB ID는 상/하향에 모두 쓰이고 eNB가 할당하므로, 29)번에서 그림의 의미는 DRB ID 상/하향을 eNB가 할당하고, UE는 이를 수신하여 DRB ID 상/하향을 설정한다는 의미입니다.
최윤주 2012-07-10 15:27:34
정말 좋은 자료 감사드리고, 궁금한 점이 있어서 문의드립니다.
page3의 그림 1의 Attach Case3의 경우에 newMME와 oldMME가 "Identification Request/Response" 메시지를 주고 받는 것이 있는데요, 이 경우 MME간의 signalling path는 어떻게 설정되고, 위의 메시지들은 어느 표준문서에서 참조할 수 있는지요?
넷매니아즈 2012-07-20 00:28:19
답글을 늦게 다네요.. 죄송..
MME간 interface는 S10 인터페이스로 시그널링 프로토콜은 GTPv2-C를 사용합니다.
GTPv2-C 규격은 TS 29.274를 참고하세요.
김재욱 2012-08-08 10:14:31
좋은 자료 감사합니다.
넷매니아즈 2012-09-03 19:32:10
2012년 9월 3일자로 한글 기술문서 업데이트되었습니다.
Kumar 2012-09-08 04:11:30
Please bear with me for writing in English,

Query No:1 How the IMEI check is done during these 3 different cases ?
Query No:2 How the request is segregated / identified that it is "integrity protected"?

A Sample Attach Request Message :-
*****************************


Attach Request

Time : 12:48:10.125
Vendor Header
Length : 116
Log Code (Hex) : 0xB0ED
HW Timestamp : (67678901.25 ms) 18:47:58.901
1.25 ms fraction : 0.00
CFN : 16
1.25 ms counter : 812214143121
Protocol discriminator : (7) EPS mobility management messages
Security Header Type : 0
Message type : 65
NAS Key Set Identifier
TSC : (0) native security context
Key : 0
EPS Attach Type
EPS Attach Type Value : (2) combined EPS/IMSI attach
Old GUTI or IMSI
Length : 11
Odd/even indication : (0) Even number of digits
Type of identity : (6) Reserved
plmn
Mobile country code (MCC) : 310
Mobile network code (MNC) : 410
MMEGroupID : 46989
MMECode : 217
M_TMSI : 3741408592
UE Network Capability
Length : 4
128EEA0 : (1) supported
128EEA1 : (1) supported
128EEA2 : (1) supported
EEA3 : (0) not supported
EEA4 : (0) not supported
EEA5 : (0) not supported
EEA6 : (0) not supported
EEA7 : (0) not supported
128EIA1 : (1) supported
128EIA2 : (1) supported
EIA3 : (0) not supported
EIA4 : (0) not supported
EIA5 : (0) not supported
EIA6 : (0) not supported
EIA7 : (0) not supported
UEA0 : (1) supported
UEA1 : (1) supported
UEA2 : (0) not supported
UEA3 : (0) not supported
UEA4 : (0) not supported
UEA5 : (0) not supported
UEA6 : (0) not supported
UEA7 : 0
UCS2 : The UE has a preference for the default alphabet (defined in 3GPP TS 23.038 [3]) over UCS2 (see ISO/IEC 10646 [29]).
UIA1 : (1) supported
UIA2 : (0) not supported
UIA3 : (0) not supported
UIA4 : (0) not supported
UIA5 : (0) not supported
UIA6 : (0) not supported
UIA7 : (0) not supported
SpareArray :
NASMessageContainer
Protocol discriminator : 2 (ESM)
MessageType : PDN Connectivity Request
Message Contents : 02 03 D0 11 27 17 80 80 21 10 01 00 00 10 81 06 00 00 00 00 83 06 00 00 00 00 00 0A 00
Old P-TMSI signature
Value : 7774484 (Hex 0x76A114)
Additional GUTI
Length : 11
Odd/even indication : (0) Even number of digits
Type of identity : (6) Reserved
plmn
Mobile country code (MCC) : 310
Mobile network code (MNC) : 410
MMEGroupID : 65328
MMECode : 4
M_TMSI : 3764936179
Last visited registered TAI
plmn
Mobile country code (MCC) : 310
Mobile network code (MNC) : 410
TAC : 24840
DRX parameter
Split PG cycle code : (10) Value: 10
CN Specific DRX cycle length coefficient : (0) CN Specific DRX cycle length coefficient not specified
Split on CCCH : (0) Split pg cycle on CCCH is not supported by the MS.
Non-DRX timer : (0) No non-DRX mode after transfer state.
MS Network Capability
GEA/1 : (1) Encryption algorithm GEA/1 available
SM capabilities via dedicated channels : (1) MS supports mobile terminated point to point SMS via dedicated signalling channels.
SM capabilities via GPRS channels : (1) MS supports mobile terminated point to point SMS via GPRS packet data channels.
UCS2 support : (0) The ME has a preference for the default alphabet (defined in GSM 03.38) over UCS2.
SS Screening Indicator : 1, Defined in 24.080
SoLSA Capability : (0) The ME does not support SoLSA.
Revision level indicator : (1) The ME is Release '99 onwards
PFC feature mode : (1) Mobile station does support BSS packet flow procedures
Extended GEA bits
GEA/2 : (1) Encryption algorithm GEA/2 available
GEA/3 : (1) Encryption algorithm GEA/3 available
GEA/4 : (0) Encryption algorithm GEA/4 not available
GEA/5 : (0) Encryption algorithm GEA/5 not available
GEA/6 : (0) Encryption algorithm GEA/6 not available
GEA/7 : (0) Encryption algorithm GEA/7 not available
LCS VA capability : (0) Location request notification via PS domain not supported
PS inter-RAT HO to UTRAN Iu mode capability : (0) PS inter-RAT HO to UTRAN Iu mode not supported
Old LAI
Mobile country code (MCC) : 310
Mobile network code (MNC) : 410
Location area code (LAC) : 46989 (Hex 0xB78D)
Mobile Station Classmark 2
Revision level : (2) Mobile station supporting R99 or later versions of the protocol
ES IND : (1) "Controlled Early Classmark Sending" option is implemented in the MS
A5/1 : (0) Encryption algorithm A5/1 available
RF Power Capability : (3) class 4
PS capability (pseudo-synchronization capability) : (1) PS capability present
SS Screening Indicator (defined in TS 24.080) : 1
SM capability (MT SMS pt to pt capability) : (1) Mobile station supports mobile terminated point to point SMS
VBS notification reception : (0) No VBS capability or no notifications wanted
VGCS notification reception : (0) No VGCS capability or no notifications wanted
FC Frequency Capability : (1) (GSM900 only:) The MS supports E-GSM or R-GSM
CM3 : (1) The MS supports options that are indicated in classmark 3 IE
LCS VA capability : (1) LCS value added location request notification capability supported
UCS2 : (0) The ME has a preference for the default alphabet (defined in GSM 03.38) over UCS2.
SoLSA : (0) The ME does not support SoLSA.
CMSP: CM Service Prompt : (1) "Network initiated MO CM connection request" supported for at least one CM protocol.
A5/3 : (1) Encryption algorithm A5/3 available
A5/2 : (0) Encryption algorithm A5/2 not available
Additional Update Type
Value : SMS only
심선희 2012-10-02 06:34:34
자료 감사합니다. ~
Victor 2014-03-17 16:26:21
문서에 보면 총 5가지의 Attach Case들이 설명되어 있습니다.
하지만, 어떻게 UE에서 "IMSI"를 보내야 하는지 "이전 망 접속정보"를 보내야 하는지 판단하는지는 알수가 없네요.
설명 해주시면 감사하겠습니다.
Netmanias 2014-03-19 13:32:09
안녕하세요 Victor님,
UE는 TIN(Temporary Identifier used in Next update) 값을 갖고 있어서 다음에 망에 access할 때(예, attach 또는 TAU시) 어떤 UE ID를 사용할지 설정해 놓습니다. 예를들어, UE가 이전에 initial attach하여 Attach Accept 메시지를 성공적으로 받았으면 TIN 값은 GUTI 로 설정되어 다음번 attach시 UE ID로 GUTI가 사용됩니다.
그리고, UE가 망에서 detach될 때는 이전 망 접속 정보 (예, GUTI, NAS Security 정보)가 valid한지 아닌지 mark 됩니다.

따라서 UE가 attch할 때 이전망 접속 정보가 valid한 상태이면 Attach Request에 UE ID를 GUTI로 하고 NAS Security 키를 적용할 수 있습니다. Valid하지 않은 상태면 UE ID를 IMSI로 하여 전송합니다.

감사합니다..
자승 2014-03-19 11:31:07
2 page 'UE IE 획득' -> 'UE ID 획득' 오타 수정요
Netmanias 2014-03-19 13:00:54
오타 수정했습니다. --;; 감사합니다.
Victor 2014-03-19 17:55:40
좋은 답변 감사드립니다.
Victor 2014-03-20 15:30:29
Attach Type을 보면 Combined EPS/IMSI Attach라는게 나오는데 이게 정확히 먼지 잘 이해가 안가네요.
설명해 주시면 감사드리겠습니다.
또한, SKT 로그를 보면 항상 LAU 대신에 RAU만 수행하고 있었습니다.
혹이 LAU가 아닌 RAU만 수행이 되는 이유를 알 수 있을까요?
Yoo 2014-03-22 11:36:34
EPS Attach Type은 크게 EPS Attach와 Combined EPS/IMSI Attach 이렇게 두가지로 나뉘는데요.
EPS Attach는 말글대로 EPS망에만 Attach하여 EPS 서비스를 제공받겠다는 의미이고,
Combined EPS/IMSI Attach는 EPS 뿐아니라 non-EPS 서비스도 제공받겠다는 의미입니다.

여기서 non-EPS란 4G LTE의 Packet Switched망이 아닌 3G 혹은 2G의 Circuit Switched망을 의미합니다.
LGU+ 가입자의 단말은 따로 Circuit Switched망이 없으므로 Attach Type을 항상 EPS Attach로 올리고,
KT, SKT 단말은 CSFB이나 SRVCC등의 서비스를 받기위해서 Combined EPS/IMSI Attach로 올릴수 있습니다.

단말이 Combined EPS/IMSI Attach로 올릴경우 이를 수신한 MME는 자신과 연동되어 있는 WCDMA망의 SGSN,
GSM망의 MSC등에게 Signaling을 전송하게 됩니다.
조태환 2019-05-02 17:46:07

LTE NAS EMM Plain OTA Incoming Message 중에서 하기와 같이 Cause 가 발생되면 어떤 문제인가요, 단말은 문제가 없는 것 같은데요..

네트워크에서 문제가 있는 것인지요?

lte_emm_msg

  emm_attach_reject

    cause_value = 8 (0x8) (EPS services and non-EPS services not allowed)

    esm_msg_container_incl = 1 (0x1)

    esm_msg_container

      eps_bearer_id_or_skip_id = 0 (0x0)

      prot_disc = 2 (0x2) (EPS session management messages)

      trans_id = 1 (0x1)

      msg_type = 209 (0xd1) (PDN connectivity reject)

      lte_esm_msg

        pdn_connectivity_rej

          esm_cause

            esm_cause = 29 (0x1d) (User authentication failed)

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