LTE 구조

UE (User Equipment)

지금 사용하시고 있는 LTE 핸드폰 또는, 데이터 통신이 가능한 USB Dongle (USB Type으로 노트북에 연결하여 무선 인터넷을 사용 할 수 있게 해주는 것) 을 이야기 합니다.

 

eNB (Evolved Node B)

"LTE 기지국"이라 불리며, UE와 LTE 네트워크 간에 무선으로 연결을 가능하게 해주는 장비입니다.

위 그림에서 무선 연결은 UE와 eNB간이고, 나머지는 모두 IP망을 통한 유선 연결입니다.

 

S-GW (Serving Gateway)

eNB 사이에서 핸드오버가 가능하게 도움을 주는 역활을 합니다. (핸드오버 시 시스템간 Anchoring Point가 됨)

처음 사용하던 eNB1과의 접속을 해지하고 eNB2와 접속을 하는 경우 (핸드오버) S-GW가 연결 역활을 합니다. 

자동차로 이동하거나, 지금 연결되는 eNB와 신호가 다른 eNB보다 약한 경우 등에 핸드오버가 발생 할 수 있습니다.

 

P-GW (PDN Gateway)

- UE를 외부 PDN 망과 연결해주며, 패킷 Filtering을 제공

- 3GPP에서 규정하고 있는 UE 접속 절차를 통해서 단말에 IP 주소를 할당

- P-GW는 S-GW들 사이의 Switching을 도와주는 역할 

- UE별로 서로 다른 QoS 정책(우선순위, 대역폭 제어등의 행위를 수행)을 적용 

- 각 가입자 별로 언제 접속했고, 얼마나 데이터를 사용했고, 얼마동안 접속했는지 등의 이력을 P-GW가 모두 생성/관리하고, 

  그 데이터를 CDR (Charging Data Record) 형태로 OFCS로 전달하는 것입니다.

 

  * 사용자 데이터는 UE <> eNB <> S-GW <> P-GW를 통해 Internet과 통신합니다. 

     즉, 다른 Network Element들은(ex. MME, PCRF등) 사용자 데이터가 지나가지 않습니다.

 

  * Accounting Data란? 

     대표적으로 상햐향 트래픽 양(# of bytes, # of packets), 접속 시간등을 이야기 함. 

- 역할 정리

   > IP 라우팅 및 Forwarding

   > Per-SDF / Per-User 기반 패킷 Filtering

   > UE IP 주소 할당

   > 3GPP와 non-3GPP 간 Mobility Anchoring

   > PCEF 기능

   > Per-SDF / Per-User 과금

 

MME (Mobility Management Entity)

LTE 망의 두뇌 역활을 합니다.

- HSS와 S6a Interface를 통해 사용자 인증 및 로밍 기능 제공(EPS-AKA 프로토콜을 사용) 

   UE를 인증하기 위한 Key 정보는 HSS에 들어있고, 이 Key 정보를 HSS로 부터 받아서 UE 인증을 수행합니다.

- EPS 베어러를 관리 

  EPS 베어러 생성 / 변경 / 해제 등의 행위에 관여

   * EPS 베어라란? 

     쉽게 말해서 UE <> eNB <> S-GW <> P-GW를 통해 Internet과 통신을 한다고 말씀드렸는데, 

- 가입자의 Mobility 상태를 관리

   현재 UE가 망에 연결되어 있는지, 연결되어 있지 않는지, 연결되어 인터넷을 사용하는지 아니면 사용하고 있는 않은지(Idle state)등의 상태를 관리

- ECM 및 EMM 상태 관리

- NAS Signaling (EMM, ESM, 보안) 

 

 

HSS (Home Subscriber Server)

각 UE별로 인증을 위한 Key 정보와 가입자 프로파일을 가지고 있는 중앙 DB입니다.

가입자 프로파일 : 각 가입자가 가입한 서비스 상품에 맞는 QoS 등급 정보(우선순위, 최대 사용 가능 대역폭 등)

인증을 위한 Key 정보와 가입자 프로파일은 UE가 LTE망에 접속할때 HSS에서 MME로 전달 후 

MME가 UE에 대한 인증도 수행하고 가입자 프로파일(QoS 정보)을 기반으로 EPS 베어러를 생성하도록 합니다.

 

PCRF (Policy and Charging Rule Function)

UE별로 정책(Policy)와 과금(Charging)에 대한 룰(Rule)을 정하는 장비입니다. 

Policy와 Charging 정보들이 PCRF에서 P-GW로 전달되고, P-GW는 PCRF가 준 정보를 기반으로 UE에 대한 제어(QoS, Charging)을 수행.

정책(Policy) : UE가 사용할 QoS 정보

과금(Charging) : Offline 과금을 할 건지 Online 과금을 할 것인지에 대한 정보

 

SPR (Subscriber Profile Repository)

UE별 Policy 및 Charging 룰에 대한 정보들이 저장되는 DB 장치 (PCRF에서 필요 시 데이터 가져 감)

 

OCS (Online Charging System)

한달 요금량이 초과되면, 데이터 사용을 제한하거나 과금 계산을 해야 합니다.

이를 위한 시스템을 OCS라고 보시면 되고, 실시간 사용량은 P-GW에서 관리하고, 그 정보를 OCS로 전달해 주면 OCS가 남은 사용량(Balance or Credit)을 판단 후,

제공량이 초과하는 경우 P-GW에 그 사실을 통보 합니다.

 

OFCS (Offline Charging System)

P-GW가 전달해 주는 CDR을 받아 관리하는 장비

 

PDN (Packet Data Network)

PDN = Internet = IP Network으로 우리가 흔히 쓰는 인터넷을 생각하시면 됩니다.

또는, VoIP / HD Voice 등을 사용하는 경우 사용하게 되는 Network입니다.