LTE Network Entity

 LTE EPC Architecture

  기존 WCDMA에서 LTE로 넘어오면서 코어망의 일반적인 차이점은 4개의 Node에서 3개의 Node로 줄었다는 것이다. WCDMA에서는 NodeB - RNC - SGSN - GGSN의 구조였으나 LTE로 넘어오면서 eNodeB - MME/SGW - PGW로 3단계로 줄어들었다. 노드가 많을 수록 지연시간이 더 걸리게 되는데 LTE에서는 단계를 줄임으로써 지연시간을 줄였다. 또한 기존 3G는 CS와 PS의 처리를 4개의 노드를 모두 거쳤지만 3.7G부터는 DT(Direct Tunnel)이 생기게되면서 PS의 경우 NodeB - RNC - GGSN으로 연결 되게 되었다. 이렇게 Rel. 7 에서 반영된 결과가 3.8G인 LTE에서도 똑같이 적용 되었다.

 

eNB (evolved Node B) 

Radio Resource Management (RRM)

Radio Bearer control : setup, modifications and release of Radio Resources

Connection management control : UE state Management. MME-UE connection

Radio Admission control

eNB measurements collection and evaluation

Dynamic Resource Allocation (scheduler)

IP Header compression/de-compression

Access Layer security : ciphering and integrity

MME selection at Attach of the UE

User Data Routing to the S-GW

Transmission of Paging Message coming from MME

Transmission of Broadcast (system info, MBMS)

 

eNB는 기존 3G에서의 NB의 대체로 Evolved Node B란 뜻이다. eNB의 계층으로 RRC, PDCP, RLC, MAC, PHY가 있으며 L3계층은 RRC L2계층은 PDCH, MAC, PHY L1계층은 PHY로 구성된다.

RRC : 측정과 연결관리 자원 설정 해소 이동성관리 MIB SIB같은 시스템정보 페이징등 처리

PDCP : 헤더 압축및 복원 보안관리 HO시 데이터를 버퍼하여 손실없는 HO를 지원

RLC : PDPC로 부터 받은 데이터를 MAC 계층에서 분할과 재조립, 하위 계층에서의 데이터 전송 실패시 ARQ로 재전송 MAC계층에서의 HARQ수행후 RLC Delivery를 통해 재정렬

MAC : 베어러에 대해 우선 순위와 자원 배분과 논리 채널로 부터 받은 데이터의 멀티플렉싱과 HARQ 수행

PHY의 경우 다른 계층과 다르게 관리가아닌 전송을 담당

 

MME (Mobility Management Entity)

Non-Access-Stratum (NAS) signalin

Control Plane NE in EPC

Roaming control (S6a interface to HSS)

Trigger and distribution of Paging Message to eNB

Idle state Mobility Handling

Tracking Area updates

Subscriber Attach/detach

Signalling coordination for SAE Bearer Setup/Release & HO

      Security (Authentication, ciphering, integrity protection)

Inter-CN Node signalling (S10 interface), allows efficient inter-MME tracking area updates and Handovers

 

MME는 이동성 관리 엔티티로 3GPP 네트워크간 이동성 시그널링을 하고 Idle 단말에 대한 위치등록과 페이징 처리 SGW, PGW, SGSN같은 네트워크 selection도 제공한다. 또한 NAS 보안인증과 사용자 인증 제공

기존 3G에서는 위치정보에 대해 Routing Area라고 하였지만 LTE로 넘어오면서 Tracking Area로 변경이 되었다. 또한 Node B를 담당하던 RNC가 절체시 해당 NB또한 절체되는 문제점이 있었다. 이를 개선하여 RNC기능이 추가된 eNB와 MME는 1:1방식이아닌 N:N방식으로 MME Pooling방식이 지원됨으로써 이동성을 담당하는 MME가 절체 되더라도 다른 MME가 처리를 하게된다. eNB와는 SCTP기반의 S1-AP시그널링 메시지를 처리하고 NAS 시그널링 메시지 또한 SCTP로 처리된다. 또한 HSS와 S6a로 연동을하여 가입자의 정보 다운로드 인증을 수행하며 S-GW와 연동을 하여 GTP-C 프로토콜을 이용한 데이터 라우팅 및 포워딩을 위한 Bearer path의 할당 해제 변경을 요청한다.

 

S-GW (Serving GateWay)

Local mobility anchor point : switching the user plane to a new eNB in case of Handover

Mobility anchoring for inter-3GPP mobility.

Packet buffering and notification to MME for User Idle Mode

Packet routing/forwarding between eNB, P-GW, SGSN

Support lawful interception and charging fuctionalities

 

S-GW는 eNB와 3GPP간의 로컬 이동성 anchor 포인트가 되며, 핸드오버시 새로운 eNB로 UP의 패킷 데이터를 스위칭 하여 라우팅과 포워딩을 수행한다. 또한 사용자가 Idle 모드시 MME로 패킷 버퍼링과 통지를한다. 업/다운링크의 데이터 패킷 전송 계층을 관리하고 과금기능을 제공

 

 

P-GW (Packet Data Network-Gateway)

Mobility anchor for mobility between 3GPP access systems and non-3GPP

Access systems.

Policy & charging enforcement (PCEF)

Per user based packet filtering

Charging support

Lawful interception support

IP address allocation for UE

Packet routing/forwarding between Serving GW and external data network

Packet screening (Firewall functionality)

 

P-GW는 3GPP와 비 3GPP간의 이동성 anchor를 해주며, PCRF와 연동하여 policy에 따라 과금 및 Bearer QCI 정책을 수행하며, 패킷 필터링기능과 사용자에게 IP할당 S-GW로 패킷 라우팅과 포워딩을 하며 방화벽 기능을 수행한다. 

 

PCRF (Policy and charging rule fuction)

QoS policy negotiation with PDN

Charging policy : determines how packet shoule be accounted

PCRF to provide policy & charging control (PCC) rules every time a new

bearer has to be  setup

 
PCRF의 주요 기능은 PDN과 EPS 사이의 Quality of Service (QoS) 조정이다. 그렇기에 PCRF는 Rx 인터페이스를 통해 PDN과 연결된다. 기능에서 PDN의 SAE 베어러의 요청 설정의 QoS와 연관된 베어러 설정은 수정과 체크될 수 있다.

 

HSS (Home Subscriber Server)

Permenent and central subscriber database

Stores mobility and service data for every suvscriber

Contains the Autentication Center (AuC) fuctionality

HSS는 이미 UMTS Rel. 5에서 소개 되었었다. UMTS에서는 HLR과 AUC로 구성 되었으며, HSS는 이 둘을 합친것이다. HSS는 일반적으로 가입자에 대한 데이터와 이동성에 대한 처리를 해준다. 또한 LTE에서의 정보 변경은 MME에서 S6a (Diameter) 인터페이스를 통해 HSS에서 변경이 된다.

 

Reference

NSN LTE/EPS Network Architecture

3GPP TS 23.401 version 10.8.0 Release 10

Motolora_LTE_and_EPC