[ 네트워크 ] LTE

 

LTE

 

 

 

LTE

 LTE의 구성은 대략 이렇다. 단말과 기지국을 E-UTRAN이라고 부른다. network 이름이다. 맨 밑에 Physical layer가 있고, 그 위에 MAC이 있다. 그리고 그 위에 RLC, PDCP, RRC가 있는데 이것은 LTE에 특화해서 만든 계층이다. Physical이 L1이고, 그 위에 세 개가 L2이다. 이동통신이다보니 L2가 무겁다.

 RLC : 재전송에 대한 부분

 PDCP : 헤더를 압축하는 역할

 RRC : Layer3인데, 크기가 절반으로 그려져 있다. RRC는 control 목적으로만 사용한다. control이 아닌 일반 전송용 목적이면 따로 사용하는 것이 없다. 우리가 앞서 배웠던 TCP/IP를 사용하겠다는 뜻이다. L3, L4 … 윗부분에서는 인터넷 프로토콜을 그대로 쓰겠다는 얘기로 절반이 비워져 있는 것이다.

 eNodeB라고 하는 기지국은 여러가지 일들을 해준다. 무선 자원에 관리라던지 등등.

 MME는 보안관련 일을 많이 한다. idle state에서 mobility를 해준다.

 S-GW는 진행되는 통로라 보면 된다.

 P-GW는 S-GW보다 중요하다. P-GW는 모든 단말들에게 IP주소를 할당해준다. 여기서 UE는 User Equipment의 약자로, 단말 하나하나를 말한다. 여러분이 통신사 network에 처음 접속해서 전원을 키게 되면 P-GW에서 단말에게 IP주소를 할당해준다. NAT를 사용한다. 그래서 P-GW가 바뀌지 않는 이상 IP주소는 바뀌지 않는다. 우리나라는 P-GW가 통신사마다 다른데 3~4개 이상 있다고 생각하면 된다. 서울/경기권에 있고, 경상도에 있고, 전라도에 있고… 정확한 개수는 영업기밀이다.

 서울/경기권에서 고속버스를 타고 LTE통신을 이용해서 게임을 한다고 가정해보자. 충청도 즈음에 들어가면 P-GW가 바뀐다. 이 때 IP주소가 바뀔 것이다. 그런데 실제론 기지국 바뀔 때마다 IP주소가 거의 바뀌지 않는 식으로 구성했기 때문에 실제 mobility에서는 Internet관점에서 딱히 해줄 것이 없다. 그래서 P-GW는 IP주소를 할당해주는 역할을 하나하고, 다른 하나는 QoS를 관리해준다. LTE에서는 QoS는 중요한 서비스이다.

 

 

 

 

 

Radio + Tunneling: UE - eNodeB - PGW

 

 UE와 eNodeB 사이에서 L1, L2 세개, 그 위에는 IP가 올라가서 데이터를 주고 받는다. 중간에 eNodeB는 IP를 볼 일 없지만, P-GW에서는 IP를 본다. P-GW 바깥으로 나가는 경우에는 Internet으로 넘어가는 것이다. P-GW는 NAT기술을 이용하기 때문에 Internet 망 넘어갈 때는 IP주소를 바꿔서 나가야 한다.

 그리고 eNodeB와 S-GW 사이에서 데이터를 보내는 통신에서 L1, L2가 있고 UDP/IP가 들어가는데 이 UDP/IP는 둘 간의 통신을 위해서만 써주는 것이다. 인터넷 바깥으로 나갈 목적은 아니다.

 

 

 

 

 

Quality of Service in LTE

 인터넷에서는 QoS가 이루어지지 않았다. LTE는 사용자에게 돈을 받고 서비스 해주기 때문에 QoS가 굉장히 중요하다. 특히 사용자들이 2G, 3G 사용하다 LTE로 넘어왔기 때문에 음성전화 품질이 떨어지면 상당히 불만족도가 높을 것이다. 그래서 비록 LTE가 데이터 중심의 시스템이 됐지만 여전히 음성 퀄리티는 잘 유지해주는 것이 중요했다.

 그래서 voice를 우선순위가 높게 할당한다. IMS란 전화를 걸 때 signal이다. 표를 보면 전화를 걸 때 우선순위가 가장 높고, 음성이 그 다음이다. 앞서 나왔던 eNodeB(기지국)이 무선구간을 관리해야 하는데 무선구간이 제일 bandwidth가 작기 때문에 속도나 딜레이 이슈가 생긴다. 그래서 기지국에서 QoS를 관리해주기 위해서 스케쥴링 해준다. 9개의 QoS index를 만들어서 관리를 하는 것이다.

 그래서 음성통화의 품질이 유지되도록 한다. VoIP라고 하면 품질이 떨어져 보이지만 LTE는 상당히 품질관리를 철저히 하고 있다.

 

 

 

 

 

Handling Mobility in LTE

 LTE에서 Mobility Handling에 대해 나오고 있는데, 단말(자동차)가 움직여서 가지국이 바뀌면 어떻게 될까?

 기지국들이 서로 communication해서 지금 어떤 단말이 가는데 받아주라 하면 응 받아줄게 하면 넘겨준다. 그래서 위에 있는 P-GW는 거의 같다. S-GW도 지역 내에서 구현되어 있기 때문에 바뀌지 않는다. 수원 지역 내에서 기지국 바꿔가면서 통신을 하고 있다 해도 네트워크 관점에서는 거의 바뀌는 것이 없다. 단말에 붙어있는 기지국만 달라질 뿐이지 네크워크 관점의 변화는 거의 없다보면 된다.

 이런 옮겨가는 과정을 handoff라고 한다. 그래서 P-GW가 바뀌는 경우만 IP주소가 바뀌게 된다. 대부분 P-GW 내에서는 IP주소가 유지된다고 보면 된다.

 paging이란 호출한다는 뜻이다. 누군가 나한테 전화를 걸면 내 전화기가 울린다. 그 과정이 paging이다. 누군가가 나한테 전화걸었을 때 paging과정을 처리해준다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wireless, mobility : impact on higher layer protocol

 무선, mobility가 상위 계층(4계층 이상. TCP/UDP) 위에 과연 영향이 있을까? 결론부터 말하자면 없다. TCP/UDP 입장에서는 무선이 됐든 유선이 됐든 관심이 없다. 다만 이슈가 있다.

- 이슈1: TCP소켓을 열어가지고 데이터를 전달하는데 마지막 한 구간이 무선이라고 하자. 그런데 이 구간이 속도가 느려서 패킷 손실, 지연이 발생한다. TCP 입장에서는 이 무선 link 한 구간만 잘 해결해주면 end-to-end가 아무 문제 없다고 생각한다. 이 한구간 때문에 TCP는 손해를 본다고 여기는 것이다.

 => 해결하려는 연구가 많이 되어왔지만, 결국 TCP는 이것을 터치하지 않는다. 무선구간에서 해결하는 것이 최선이다.

- 이슈2: LTE 단말이 WiFI와 LTE 모두 이용해서 데이터를 다운받을 수 있다. TCP 소켓이 두 개 열어서 데이터를 양쪽으로 보내는 것이다. 이런 것을 multi pass TCP라고 하는데, 무선 네트워크가 다양해지면서 이런 변화가 있을 수 있다. 이런 부분은 advanced topic이기 때문에 이런 부분이 있다고만 알고 있자.

 

 

 

 

 

 

[참고]

Computer Networking A Top-Down Approach 7-th Edition / Kurose, Ross / Pearson