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LTE: 사용자 경험에 기반한 EMM 시나리오와 11가지 EMM Case들
LTE: User Experience based EMM Scenario and Eleven EMM Cases
By Netmanias (tech@netmanias.com)
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EMM 시나리오를 구성하여 EMM Case를 정의함으로써 후속 기술문서에서 다룰 EMM 절차들의 종류를 정의한다. EMM Case 별로 사용자 동작을 간단히 설명하고, EMM 절차 전과 후에 사용자의 EMM 및 ECM/RRC 상태가 어떻게 변화하는지 나타낸다.

 

 

 

 

목차

1. 시작하는 글

2. EMM Scenario

3. 마치는 글

 

 

1. 시작하는 글

 

LTE 기술문서 “EMM 및 ECM 상태”[1]에서 다루었던 EMM 및 ECM/RRC 상태에 대한 이해를 기반으로 이번 기술문서부터는 EMM 절차에 대한 설명을 시작한다. EMM 기능은 NAS 프로토콜 문서인 3GPP TS 24.301[2]과 E-UTRAN 접속을 위한 GPRS enhancement 문서인 3GPP TS 23.401[3]에서 설명되어 있는데, [2]에서는 NAS 레벨에서 UE와 MME 간 수행되는 절차가 [3]에서는 패킷 서비스 레벨에서 UE와 MME 외에 다른 EPS 엔터티들도 포함하는 절차가 설명되어 있다. LTE 기술문서[1]와 두 표준 문서[2][3]를 기반으로 EMM 절차들을 하나씩 살펴보도록 한다.

 

이 문서는 앞으로 몇 차례에 걸쳐 진행될 “EMM Procedure” 기술문서 중 첫 번째 문서로 EMM 시나리오를 설명한다. EMM 시나리오에서는 사용자가 LTE 망을 이동하면서 겪을 수 있는 사용자 경험을 EMM Case들로 정의함으로써 이어지는 문서들에서 어떤 EMM 절차를 다룰 것인지 나타낸다.

 

2. EMM 시나리오 (Scenario for EMM Procedure)

 

그림 1은 EMM 절차의 종류를 정의하기 위하여 구성한 LTE 망과 EMM 시나리오를 나타낸다. 먼저 2.1 절에서 LTE 망 구성 및 기본적인 시나리오 환경을 간단히 설명하고, 2.2 절에서 그림 1에 표시한 11개 EMM Case들을 하나씩 설명하도록 한다.

 

2.1 시나리오 환경

그림 1에서 City 1(예, 서울)과 City 2(예, 부산)는 동일 사업자 망에 속하는 서로 떨어져 있는 지역이다. LTE 사업자는 LTE 망 전체에 하나의 HSS(Home Subscriber Server), PCRF(Policy and Charging Rule Function) 및 SPR(Subscriber Profile Repository)을 갖고, 지역별로 MME(Mobility Management Entity), S-GW(Serving Gateway) 및 P-GW(PDN Gateway)를 갖는다. 그림 1을 보면 City 1에 HSS, PCRF 및 SPR이 있고 City 1과 City 2에 각각 MME, S-GW 및 P-GW가 위치하고 있으며, 각 MME는 HSS와, 각 P-GW는 PCRF와 연결되어 있다. 또한 City 1은 세 개의 TA(Tracking Area)들, TA 1, TA 2 및 TA 3로 구성되어 있고 City 2는 하나의 TA, TA 4로 구성되어 있다.

 

어떤 사용자가 망에 접속하고자 할 때 망은 가입자 인증 및 NAS security를 위한 사용자 정보를 갖고 있을 수도 갖고 있지 않을 수도 있다. 망이 유효한 사용자 정보를 갖고 있는 경우 가입자 인증, 가입자 profile 다운로드 및/또는 NAS security setup 절차가 생략될 수 있다. 갖고 있지 않은 경우에는 이들 절차가 모두 수행되어야 한다.

EMM 시나리오의 주인공은 City 1에 있는 사용자 A(UE A)이다. 사용자 A(이하 “사용자”로 표시)가 단말을 구매하고 City 1에서 LTE 서비스에 가입한 경우를 가정한다. 시나리오 초기 상황은 사용자가 City 1에서 TA가 TA 1인 영역에 위치하고 있고 사용자 단말(UE)의 전원은 꺼져있는 상태이다(파란색 점선 원 참조). UE는 이전 망 접속에 대한 유효한 정보를 가지고 있지 않으며 망도 사용자의 망 접속 이력에 대한 정보를 가지고 있지 않다. 사용자와 망에는 commissioning 및 provisioning 정보만이 있을 뿐이다(LTE 기술문서 “EMM and ECM State”[1] 표 8 참조).

 

그림 1. EMM Scenario

 

EMM 시나리오는 사용자가 단말의 전원을 켜면서 시작된다. 사용자는 City 1에서 망에 초기 접속하여 서비스를 이용하다가 City 2로 이동하면서 LTE 망에서 detach 되었다가, City 2에서 다시 망에 접속하게 된다. City 1에서 초기 접속 후 사용자는 detach도 되었다가, 비활성화도 되었다가, 다시 활성화 되었다가 핸드오버를 하기도 한다. 이러한 시나리오에서 2.2 절과 같은 순서로 EMM Case들을 정의한다.

 

2.2 EMM Cases

 

Case 1. 초기 접속 (Initial Attach)

(UE State: EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

사용자가 전원을 켜고 UE는 망에 초기 접속(initial attach)을 시도한다. 전원을 켠 직후 UE는 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태에 있게 된다. PLMN 및 셀 탐색(PLMN and cell search) 과정을 거쳐 기지국에 동기를 맞춘 후, UE는 IMSI를 UE ID로 하여 MME로 “Attach Request” 메시지를 전송한 후 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태로 들어간다1.

 

UE와 망(MME) 간에 EPS-AKA를 이용하여 상호 인증이 수행되고, 인증이 성공하면 MME는 HSS로부터 가입자 profile을 다운로드 받아 EPS 세션(session)과 default EPS 베어러를 생성한다. Default EPS 베어러 생성과정에서 망은 사용자에게 망 접속이나 등록에 사용할 ID를 할당하는데, P-GW는 UE IP 주소를 할당하고 MME는 GUTI와 TAI list를 할당한다. 이들 정보(IP 주소, GUTI, TAI list)는 “Attach Accept” 메시지를 통해 MME로부터 UE로 전송된다. 그림 1에서 UE가 MME로부터 할당 받은 TAI list는 {TA 1, TA 2}이다. 초기 접속 절차가 성공적으로 수행된 후 사용자는 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에 머무르게 되고 서비스(예, 인터넷)를 이용할 수 있게 된다. 만약 초기 접속 절차가 실패하면 MME는 UE에게 “Attach Reject” 메시지를 전송하여 이를 알리고 UE는 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태로 천이한다. 망 접속 정보가 없는 UE가 성공적으로 초기 접속 절차를 수행하는 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE” 편에서 설명한다.

LTE EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE (1편) - 초기 접속 절차 종류

LTE EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE (2편) - 초기접속 호 흐름

 

Case 2. Detach

(UE State: EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”  “EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle”)

사용자가 망에 초기 접속을 성공적으로 마친 후 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에서 망에서 detach되는 경우이다. Detach 요청은 UE에 의해서, MME에 의해서 또는 HSS에 의해서 시작될 수 있고 망에서 detach된 후 UE는 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태에 놓이게 된다. 각 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 2. Detach” 편에서 설명한다.

 

Case 3. 사용자 비활성화로 인한 S1 해제 (S1 Release due to User Inactivity)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

사용자가 망에 초기 접속을 성공적으로 마친 후 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에서 서비스를 이용하다가 일정시간 동안 서비스를 이용하지 않으면, S1 베어러와 S1 시그널링 연결이 해제되면서 UE는 휴지(Idle) 상태로 천이되어 EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태로 가게 된다2. 사용자의 비활성화는 UE에 의해서 검출될 수도 있고 MME에 의해서 검출될 수도 있다. 각 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 3. S1 Release due to User Inactivity” 편에서 다룬다.

 

Case 4. 휴지 상태에서 트래픽 발생으로 인한 서비스 요청 (Service Request due to New Traffic)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

사용자가 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있을 때 새로운 사용자 트래픽이 발생한 경우이다. 새로운 트래픽은 UE에 의해 상향에서 또는 망에 의해 하향에서 발생할 수 있으며, UE는 서비스 요청(Service Request) 절차를 통해 활성화 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)로 천이하고 사용자 트래픽을 송신 또는 수신하게 된다. 서비스 요청 절차는 UE에 의하여 또는 망에 의하여 triggering 될 수 있으며, 각 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM procedure: 4. Service Request due to New Traffic” 편에서 다룬다.

 

Case 5. 주기적인 Tracking Area 갱신 (Periodic TAU)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

이 Case는 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 사용자가 TAU(Tracking Area Update) timer가 경과하여 주기적인 TAU 절차를 수행하는 경우이다. 주기적인 TAU시 사용자의 TA는 변했을 수도 있고 변하지 않았을 수도 있다. 그림 1에서 사용자는 TAI list에 있는 TA 영역(TA 1, TA 2)에서 벗어나지 않았지만 TAU timer가 경과했으므로 TAU 절차를 수행한다.

 

UE는 먼저 MME와 ECM 연결을 설정하여 활성화 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)로 천이한 후 MME로 “TAU Request” 메시지를 전송함으로써 TAU 절차를 수행한다. TAU 절차를 성공적으로 수행하고 나면 망은 곧 바로 S1 자원을 해제하고 UE는 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)로 천이한다. TAU가 성공적으로 수행되지 않으면 UE는 다시 TAU를 시도하고, TAU 시도 횟수가 정해진 임계값을 초과하면 Deregistered 상태(EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle)로 천이한다. 주기적인 TAU가 성공적인 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 5. Periodic TAU” 편에서 기술한다.

 

Case 6. TAU 절차 없는 핸드오버 (Handover without TAU)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

TA 1에 위치한 사용자가 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에서 서비스를 이용하는 중에 TAI list에 있는 TA(TA 2)로 이동한 경우로 핸드오버가 발생한다. TAI list에 있는 TA로 이동했으므로 핸드오버 후 TAU 절차는 수행되지 않으며 UE 상태는 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태를 유지한다. 사용자의 핸드오버는 X2 핸드오버3 또는 S1 핸드오버로 수행될 수 있으며, 각 핸드오버 절차에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 6. Handover without TAU” 편에서 기술한다.

> LTE EMM Procedure: 6. Handover without TAU (1편) - 핸드오버 개요
> LTE EMM Procedure: 6. Handover without TAU (2편) - X2 핸드오버
> LTE EMM Procedure: 6. Handover without TAU (3편) - S1 핸드오버

 

Case 7. TAU 절차 없는 셀 재선택 (Cell Reselection without TAU)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

TA 1에서 휴지 상태(EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 사용자가 TAI list에 있는 TA(TA 2)로 이동한 경우이다. TA 1에 있는 eNB에 머물던(camping 되어 있던) 사용자는 휴지 상태에서 TA 2로 이동하면서 새로운 셀을 선택하여 TA 2에 있는 eNB에 머물게 된다. 이 절차는 후속 기술문서 “EMM Procedure: 7. Cell Reselection without TAU” 편에서 기술한다.

 

Case 8. TAU 절차를 동반한 핸드오버 (Handover with TAU)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

TA 1에서 활성화 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)로 서비스를 이용 중인 사용자가 TAI list에 없는 TA(TA 3)로 이동한 경우로 핸드오버 발생 후 TAU 절차가 진행된다. 이 절차는 Case 6에서 정의된 핸드오버 절차 후 TAU 절차가 추가되며 후속 기술문서 “LTE EMM Procedure: 8/9. Handover/Cell Reselection with TAU” 편에서 기술한다.

 

Case 9. TAU 절차를 동반한 셀 재선택 (Cell Reselection with TAU)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

TA 1에서 휴지 상태(EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 사용자가 TAI list에 없는 TA(TA 3)로 이동한 경우이다. Case 7에서 정의된 셀 재선택 절차 후 TAU 절차가 추가되며, Case 5와 비교하면 TAU를 수행하는 triggering event가 TA 변화(TAI list에 없는 TA로 이동)라는 것이 다르고 이 후 TAU 절차는 같은 방법으로 진행된다. 이 절차는 후속 기술문서 “LTE EMM Procedure: 8/9. Handover/Cell Reselection with TAU” 편에서 기술한다.

 

Case 10. 다른 도시로 이동 (Move to Another City)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” or “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”  “EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle”)

City 1에서 서비스를 이용하던 또는 휴지 상태에 있던 사용자가 City 2로 이동하면서 LTE 서비스 커버리지를 벗어나게 되고 망에서 detach 되는 절차를 나타낸다. 이 절차는 후속 기술문서 “LTE EMM Procedure: 10/11. Toward Another City” 편에서 기술한다.

 

Case 11. 다른 도시에서 초기 접속 (Initial Attach in Another City)

(UE State: “EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle”  “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

City 1에서 City 2로 이동하면서 LTE 서비스 커버리지를 벗어났던 사용자가 City 2에서 LTE 무선신호를 검출하면서 LTE 망에 초기 접속하는 절차를 나타낸다. City 2에서 사용자는 City 1 MME로부터 할당 받았던 GUTI를 UE ID로 하여 City 2 MME로 “Attach Request” 메시지를 전송함으로써 초기 접속을 시도한다. City 2 MME는 사용자가 City 1 MME로부터 할당 받은 GUTI로 접속하면 City 1 MME에게 UE 정보(UE ID, UE MM Context)를 요청하여 수신한 후 이를 이용하여 초기 접속 절차를 수행한다. City 1 MME로부터 UE 정보를 수신하지 못한 경우에 City 2 MME는 UE에게 UE ID로 IMSI를 요청하여 수신한 후 Case 1처럼 초기 접속을 진행한다. City 2 MME가 City 1 MME로부터 UE 정보를 수신하여 UE의 이전 망 접속 이력을 알고 성공적으로 초기 접속 절차를 마치는 경우에 대해 후속 기술문서 “LTE EMM Procedure: 10/11. Toward Another City” 편에서 기술한다.

 

그림 1의 시나리오 상에서 정의된 11개의 EMM Case를 표 1에 정리하여 나타내었다. 일반적으로 초기 접속 절차는 MME가 이전 접속 정보를 모르는 UE(Unknown UE)와 알고 있는 UE(Known UE)가 초기 접속하는 경우로 구별할 수 있는데, 후속 LTE 기술문서에서는 그림 1의 EMM 시나리오에 따라 Case 1에서는 Unknown UE에 대해 Case 11에서는 Known UE에 대한 초기 접속 절차를 다루도록 한다.

 

표 1. EMM Cases

 

3. 마치는 글

 

EMM 시나리오를 통하여 EMM Case들을 정의함으로써 어떤 EMM 절차를 다룰 것인지를 나타내었다. 다음 문서부터는 이 글에서 정의한 각 EMM Case에 대해 EMM 절차를 설명하고 EPS 엔터티별로 사용자 정보가 어떻게 변하는지 살펴보도록 한다.

 

참고문헌

 

[1] 넷매니아즈 기술문서, “LTE EMM and ECM State”,

August 2011, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5284

[2] 3GPP TS 24.301, “Non-Access-Stratum (NAS) Protocol for Evolved Packet System (EPS); Stage 3”.

[3] 3GPP TS 23.401, “General Packet Radio Service (GPRS) Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) Access"

[4] NMC 컨설팅 내부 리포트, “E2E LTE Network Design”, August 2010.

 

김문주 2011-09-15 09:27:29
좋은 자료 감사드립니다...
pdf 다운로드가 안 되는데 확인 부탁드립니다....
넷매니아즈 2011-09-15 10:42:38
김문주님, 다시한번 해보시고, 안되면 webmaster(webmaster@netmanias.com)에게 메일 주시기 바랍니다.
불편을 끼쳐드려 죄송합니다. --;;
황의승 2011-09-19 18:06:05
항상 좋은 자료 감사드립니다.
전진욱 2011-10-03 12:49:15
좋은 자료 공유에 감사드립니다.
문서 하나하나 정리가 잘되어있어 많은 도움이 되네요~~
감사합니다.
양성희 2011-10-14 09:00:38
항상 좋은자료 유용히 잘 보고있습니다.^^
ps. 4페이지 Case 3 내용에 "S1 베어러와 S1 시그널링 연결이 해제되면서 UE는 휴지(Idle) 상태로 천이되어 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태로 가게 된다" 라고 되어있는데 EMM-Deregistered가 아니라 EMM-Registered가 아닌가요? 오타인듯 싶습니다.
넷매니아즈 2011-10-18 20:39:55
네 맞습니다!!
수정하여 올렸습니다. 양성희님 감사합니다 ^^
김재욱 2012-08-08 10:11:20
유용한 자료 감사합니다.
이경철 2013-02-22 14:49:45
좋은 자료 감사드립니다.
Paulos Rizos 2013-02-25 17:52:34
thanks for the English version.
최종석 2013-10-30 10:57:54
5페이지 Case 7의 경우..
TA1에서 휴지상태(EMM-Deregistered..)로 되어있는데 EMM-Registered 인것 같습니다. 오타...발견했습니다.^^;;
최종석 2013-10-30 11:01:20
Case 9도 그러네요..
넷매니아즈 2013-10-31 14:37:14
최종석님, 오타 수정하여 upload했습니다. 꼼꼼한 검토 감사합니다~
Thank you for visiting Netmanias! Please leave your comment if you have a question or suggestion.
Transcript
사용자 경험에 기반한 EMM 시나리오와 11가지 EMM Case들
(EMM Procedure: EMM Scenario and Eleven EMM Cases)

목 차
I. 시작하는 글
II. EMM Scenario
III. 마치는 글

EMM 시나리오를 구성하여 EMM Case를 정의함으로써 후속 기술문서에서 다룰 EMM 절차들의 종류를 정의한다. EMM Case 별로 사용자 동작을 간단히 설명하고, EMM 절차 전과 후에 사용자의 EMM 및 ECM/RRC 상태가 어떻게 변화하는지 나타낸다.

2011년 9월 1일
NMC Consulting Group (tech@netmanias.com)

약어표
ECM EPS Connection Management
EMM EPS Mobility Management
eNB Evolved Node B
EPS Evolved Packet System
E-RAB E-UTRAN Radio Access Bearer
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
GPRS General Packet Radio Service
HSS Home Subscriber Server
LTE Long Term Evolution
MME Mobility Management Entity
NAS Non-Access Stratum
PCRF Policy and Charging Rule Function
P-GW Packet Data Network Gateway
PLMN Public Land Mobile Network
RRC Radio Resource Control
S-GW Serving Gateway
SPR Subscriber Profile Repository
TA Tracking Area
TAI Tracking Area Identifier
TAU Tracking Area Update
UE User Equipment

?
I. 시작하는 글
LTE 기술문서 “EMM 및 ECM 상태”[1]에서 다루었던 EMM 및 ECM/RRC 상태에 대한 이해를 기반으로 이번 기술문서부터는 EMM 절차에 대한 설명을 시작한다. EMM 기능은 NAS 프로토콜 문서인 3GPP TS 24.301[2]과 E-UTRAN 접속을 위한 GPRS enhancement 문서인 3GPP TS 23.401[3]에서 설명되어 있는데, [2]에서는 NAS 레벨에서 UE와 MME 간 수행되는 절차가 [3]에서는 패킷 서비스 레벨에서 UE와 MME 외에 다른 EPS 엔터티들도 포함하는 절차가 설명되어 있다. LTE 기술문서[1]와 두 표준 문서[2][3]를 기반으로 EMM 절차들을 하나씩 살펴보도록 한다.
이 문서는 앞으로 몇 차례에 걸쳐 진행될 “EMM Procedure” 기술문서 중 첫 번째 문서로 EMM 시나리오를 설명한다. EMM 시나리오에서는 사용자가 LTE 망을 이동하면서 겪을 수 있는 사용자 경험을 EMM Case들로 정의함으로써 이어지는 문서들에서 어떤 EMM 절차를 다룰 것인지 나타낸다.

II. EMM 시나리오 (Scenario for EMM Procedure)
그림 1은 EMM 절차의 종류를 정의하기 위하여 구성한 LTE 망과 EMM 시나리오를 나타낸다. 먼저 2.1 절에서 LTE 망 구성 및 기본적인 시나리오 환경을 간단히 설명하고, 2.2 절에서 그림 1에 표시한 11개 EMM Case들을 하나씩 설명하도록 한다.

2.1 시나리오 환경
그림 1에서 City 1(예, 서울)과 City 2(예, 부산)는 동일 사업자 망에 속하는 서로 떨어져 있는 지역이다. LTE 사업자는 LTE 망 전체에 하나의 HSS(Home Subscriber Server), PCRF(Policy and Charging Rule Function) 및 SPR(Subscriber Profile Repository)을 갖고, 지역별로 MME(Mobility Management Entity), S-GW(Serving Gateway) 및 P-GW(PDN Gateway)를 갖는다. 그림 1을 보면 City 1에 HSS, PCRF 및 SPR이 있고 City 1과 City 2에 각각 MME, S-GW 및 P-GW가 위치하고 있으며, 각 MME는 HSS와, 각 P-GW는 PCRF와 연결되어 있다. 또한 City 1은 세 개의 TA(Tracking Area)들, TA 1, TA 2 및 TA 3로 구성되어 있고 City 2는 하나의 TA, TA 4로 구성되어 있다.

어떤 사용자가 망에 접속하고자 할 때 망은 가입자 인증 및 NAS security를 위한 사용자 정보를 갖고 있을 수도 갖고 있지 않을 수도 있다. 망이 유효한 사용자 정보를 갖고 있는 경우 가입자 인증, 가입자 profile 다운로드 및/또는 NAS security setup 절차가 생략될 수 있다. 갖고 있지 않은 경우에는 이들 절차가 모두 수행되어야 한다.

EMM 시나리오의 주인공은 City 1에 있는 사용자 A(UE A)이다. 사용자 A(이하 “사용자”로 표시)가 단말을 구매하고 City 1에서 LTE 서비스에 가입한 경우를 가정한다. 시나리오 초기 상황은 사용자가 City 1에서 TA가 TA 1인 영역에 위치하고 있고 사용자 단말(UE)의 전원은 꺼져있는 상태이다(파란색 점선 원 참조). UE는 이전 망 접속에 대한 유효한 정보를 가지고 있지 않으며 망도 사용자의 망 접속 이력에 대한 정보를 가지고 있지 않다. 사용자와 망에는 commissioning 및 provisioning 정보만이 있을 뿐이다(LTE 기술문서 “EMM and ECM State”[1] 표 8 참조).


그림 1. EMM Scenario

EMM 시나리오는 사용자가 단말의 전원을 켜면서 시작된다. 사용자는 City 1에서 망에 초기 접속하여 서비스를 이용하다가 City 2로 이동하면서 LTE 망에서 detach 되었다가, City 2에서 다시 망에 접속하게 된다. City 1에서 초기 접속 후 사용자는 detach도 되었다가, 비활성화도 되었다가, 다시 활성화 되었다가 핸드오버를 하기도 한다. 이러한 시나리오에서 2.2 절과 같은 순서로 EMM Case들을 정의한다.

?
2.2 EMM Cases
Case 1. 초기 접속 (Initial Attach)
(UE State: “EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

사용자가 전원을 켜고 UE는 망에 초기 접속(initial attach)을 시도한다. 전원을 켠 직후 UE는 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태에 있게 된다. PLMN 및 셀 탐색(PLMN and cell search) 과정을 거쳐 기지국에 동기를 맞춘 후, UE는 IMSI를 UE ID로 하여 MME로 “Attach Request” 메시지를 전송한 후 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태로 들어간다 .
UE와 망(MME) 간에 EPS-AKA를 이용하여 상호 인증이 수행되고, 인증이 성공하면 MME는 HSS로부터 가입자 profile을 다운로드 받아 EPS 세션(session)과 default EPS 베어러를 생성한다. Default EPS 베어러 생성과정에서 망은 사용자에게 망 접속이나 등록에 사용할 ID를 할당하는데, P-GW는 UE IP 주소를 할당하고 MME는 GUTI와 TAI list를 할당한다. 이들 정보(IP 주소, GUTI, TAI list)는 “Attach Accept” 메시지를 통해 MME로부터 UE로 전송된다. 그림 1에서 UE가 MME로부터 할당 받은 TAI list는 {TA 1, TA 2}이다. 초기 접속 절차가 성공적으로 수행된 후 사용자는 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에 머무르게 되고 서비스(예, 인터넷)를 이용할 수 있게 된다. 만약 초기 접속 절차가 실패하면 MME는 UE에게 “Attach Reject” 메시지를 전송하여 이를 알리고 UE는 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태로 천이한다. 망 접속 정보가 없는 UE가 성공적으로 초기 접속 절차를 수행하는 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE” 편에서 설명한다.


Case 2. Detach

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” ? “EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle”)

사용자가 망에 초기 접속을 성공적으로 마친 후 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에서 망에서 detach되는 경우이다. Detach 요청은 UE에 의해서, MME에 의해서 또는 HSS에 의해서 시작될 수 있고 망에서 detach된 후 UE는 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태에 놓이게 된다. 각 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 2. Detach” 편에서 설명한다.


Case 3. 사용자 비활성화로 인한 S1 해제 (S1 Release due to User Inactivity)

(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

사용자가 망에 초기 접속을 성공적으로 마친 후 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에서 서비스를 이용하다가 일정시간 동안 서비스를 이용하지 않으면, S1 베어러와 S1 시그널링 연결이 해제되면서 UE는 휴지(Idle) 상태로 천이되어 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태로 가게 된다 . 사용자의 비활성화는 UE에 의해서 검출될 수도 있고 MME에 의해서 검출될 수도 있다. 각 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 3. S1 Release due to User Inactivity” 편에서 다룬다.


?
Case 4. 휴지 상태에서 트래픽 발생으로 인한 서비스 요청 (Service Request due to New Traffic)
(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

사용자가 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있을 때 새로운 사용자 트래픽이 발생한 경우이다. 새로운 트래픽은 UE에 의해 상향에서 또는 망에 의해 하향에서 발생할 수 있으며, UE는 서비스 요청(Service Request) 절차를 통해 활성화 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)로 천이하고 사용자 트래픽을 송신 또는 수신하게 된다. 서비스 요청 절차는 UE에 의하여 또는 망에 의하여 triggering 될 수 있으며, 각 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM procedure: 4. Service Request due to New Traffic” 편에서 다룬다.


Case 5. 주기적인 Tracking Area 갱신 (Periodic TAU)
(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

이 Case는 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 사용자가 TAU(Tracking Area Update) timer가 경과하여 주기적인 TAU 절차를 수행하는 경우이다. 주기적인 TAU시 사용자의 TA는 변했을 수도 있고 변하지 않았을 수도 있다. 그림 1에서 사용자는 TAI list에 있는 TA 영역(TA 1, TA 2)에서 벗어나지 않았지만 TAU timer가 경과했으므로 TAU 절차를 수행한다.
UE는 먼저 MME와 ECM 연결을 설정하여 활성화 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)로 천이한 후 MME로 “TAU Request” 메시지를 전송함으로써 TAU 절차를 수행한다. TAU 절차를 성공적으로 수행하고 나면 망은 곧 바로 S1 자원을 해제하고 UE는 휴지 상태(EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle)로 천이한다. TAU가 성공적으로 수행되지 않으면 UE는 다시 TAU를 시도하고, TAU 시도 횟수가 정해진 임계값을 초과하면 Deregistered 상태(EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle)로 천이한다. 주기적인 TAU가 성공적인 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 5. Periodic TAU” 편에서 기술한다.


Case 6. TAU 절차 없는 핸드오버 (Handover without TAU)
(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

TA 1에 위치한 사용자가 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에서 서비스를 이용하는 중에 TAI list에 있는 TA(TA 2)로 이동한 경우로 핸드오버가 발생한다. TAI list에 있는 TA로 이동했으므로 핸드오버 후 TAU 절차는 수행되지 않으며 UE 상태는 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태를 유지한다. 사용자의 핸드오버는 X2 핸드오버 또는 S1 핸드오버로 수행될 수 있으며, 각 핸드오버 절차에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 6. Handover without TAU” 편에서 기술한다.


Case 7. TAU 절차 없는 셀 재선택 (Cell Reselection without TAU)
(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

TA 1에서 휴지 상태(EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 사용자가 TAI list에 있는 TA(TA 2)로 이동한 경우이다. TA 1에 있는 eNB에 머물던(camping 되어 있던) 사용자는 휴지 상태에서 TA 2로 이동하면서 새로운 셀을 선택하여 TA 2에 있는 eNB에 머물게 된다. 이 절차는 후속 기술문서 “EMM Procedure: 7. Cell Reselection without TAU” 편에서 기술한다.


Case 8. TAU 절차를 동반한 핸드오버 (Handover with TAU)
(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

TA 1에서 활성화 상태(EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected)로 서비스를 이용 중인 사용자가 TAI list에 없는 TA(TA 3)로 이동한 경우로 핸드오버 발생 후 TAU 절차가 진행된다. 이 절차는 Case 6에서 정의된 핸드오버 절차 후 TAU 절차가 추가되며 후속 기술문서 “EMM Procedure: 8. Handover with TAU” 편에서 기술한다.


Case 9. TAU 절차를 동반한 셀 재선택 (Cell Reselection with TAU)
(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle”)

TA 1에서 휴지 상태(EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle)에 있는 사용자가 TAI list에 없는 TA(TA 3)로 이동한 경우이다. Case 7에서 정의된 셀 재선택 절차 후 TAU 절차가 추가되며, Case 5와 비교하면 TAU를 수행하는 triggering event가 TA 변화(TAI list에 없는 TA로 이동)라는 것이 다르고 이 후 TAU 절차는 같은 방법으로 진행된다. 이 절차는 후속 기술문서 “EMM Procedure: 9. Cell Reselection with TAU” 편에서 기술한다.


Case 10. 다른 도시로 이동 (Move to Another City)
(UE State: “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected” or “EMM-Registered, ECM/RRC-Idle” ? “EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle”)

City 1에서 서비스를 이용하던 또는 휴지 상태에 있던 사용자가 City 2로 이동하면서 LTE 서비스 커버리지를 벗어나게 되고 망에서 detach 되는 절차를 나타낸다. 이 절차는 후속 기술문서 “EMM Procedure: 10. Move to Another City” 편에서 기술한다.


Case 11. 다른 도시에서 초기 접속 (Initial Attach in Another City)
(UE State: “EMM-Deregistered, ECM/RRC-Idle” ? “EMM-Registered, ECM/RRC-Connected”)

City 1에서 City 2로 이동하면서 LTE 서비스 커버리지를 벗어났던 사용자가 City 2에서 LTE 무선신호를 검출하면서 LTE 망에 초기 접속하는 절차를 나타낸다. City 2에서 사용자는 City 1 MME로부터 할당 받았던 GUTI를 UE ID로 하여 City 2 MME로 “Attach Request” 메시지를 전송함으로써 초기 접속을 시도한다. City 2 MME는 사용자가 City 1 MME로부터 할당 받은 GUTI로 접속하면 City 1 MME에게 UE 정보(UE ID, UE MM Context)를 요청하여 수신한 후 이를 이용하여 초기 접속 절차를 수행한다. City 1 MME로부터 UE 정보를 수신하지 못한 경우에 City 2 MME는 UE에게 UE ID로 IMSI를 요청하여 수신한 후 Case 1처럼 초기 접속을 진행한다. City 2 MME가 City 1 MME로부터 UE 정보를 수신하여 UE의 이전 망 접속 이력을 알고 성공적으로 초기 접속 절차를 마치는 경우에 대해 후속 기술문서 “EMM Procedure: 11. Initial Attach for Known UE via Old MME” 편에서 기술한다.

?
그림 1의 시나리오 상에서 정의된 11개의 EMM Case를 표 1에 정리하여 나타내었다. 일반적으로 초기 접속 절차는 MME가 이전 접속 정보를 모르는 UE(Unknown UE)와 알고 있는 UE(Known UE)가 초기 접속하는 경우로 구별할 수 있는데, 후속 LTE 기술문서에서는 그림 1의 EMM 시나리오에 따라 Case 1에서는 Unknown UE에 대해 Case 11에서는 Known UE에 대한 초기 접속 절차를 다루도록 한다.

표 1. EMM Cases
# EMM Cases LTE Technical Documentation
1 Initial Attach
Unknown UE Attach (MME view point)
? Known UE Attach (MME viewpoint) EMM Procedure:
1. Initial Attach for Unknown UE
2 Detach
? UE-initiated Detach
? MME-initiated Detach
? HSS-initiated Detach EMM Procedure:
2. Detach
3 S1 Release due to User Inactivity
eNB-initiated
? MME-initiated EMM Procedure:
3. S1 Release due to User Inactivity
4. Service Request due to New Traffic
? UE triggered Service Request
? Network triggered Service Request EMM Procedure:
4. Service Request due to New Traffic
5 Periodic TAU (Tracking Area Update) EMM Procedure:
5. Periodic TAU
6 Handover without TAU
? X2 based Handover
? S1 based Handover EMM Procedure:
6. Handover without TAU
7 Cell Reselection without TAU EMM Procedure:
7. Cell Reselection without TAU
8 Handover with TAU
? X2 based Handover
? S1 based Handover EMM Procedure:
8. Handover with TAU
9 Cell Reselection with TAU EMM Procedure:
9. Cell Reselection with TAU
10 Move to Another City EMM Procedure:
10. Move to Another City
11 Initial Attach in Another City
? Unknown UE Attach (MME view point)
? Known UE Attach (MME viewpoint) EMM Procedure:
11. Initial Attach for Known UE via Old MME

III. 마치는 글
EMM 시나리오를 통하여 EMM Case들을 정의함으로써 어떤 EMM 절차를 다룰 것인지를 나타내었다. 다음 문서부터는 이 글에서 정의한 각 EMM Case에 대해 EMM 절차를 설명하고 EPS 엔터티별로 사용자 정보가 어떻게 변하는지 살펴보도록 한다.

참고문헌
[1] 넷매니아즈 기술문서, “LTE EMM and ECM State”,
August 2011, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5284
[2] 3GPP TS 24.301, “Non-Access-Stratum (NAS) Protocol for Evolved Packet System (EPS); Stage 3”.
[3] 3GPP TS 23.401, “General Packet Radio Service (GPRS) Enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) Access\"
[4] NMC 컨설팅 내부 리포트, “E2E LTE Network Design”, August 2010.

 

 

     
         
     

 

     
     

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