- GSM (Global System for Mobile Communications) 표준의 용어를 사용한다.
2G 셀룰러 네트워크 구조: 전화망으로의 음성 연결 - 셀룰러(cellular) : 지리 영역이 여러 개의 유효 도달 범위, 즉 셀(cell)로 나뉜 것을 뜻한다. [그림 7.18] GSM 2G 네트워크 구조의 구성 요소
- 명명법 존재 º 한 셀에는 하나의 기지국 (base transceiver station, BTS)이 있으며, 기지국은 해당 셀 안의 이동 스테이션의 신호를 송수신한다. º 셀의 유효 도달 범위는 기지국의 송신 전력, 이동 기지국의 송신 전력, 셀 내부의 방해 건물, 기지국 안테나 높이 등과 같은 여러 가지 요인에 의해서 결정된다. º 현재 사용되는 많은 시스템에서는 여러 개의 지향성 안테나를 갖고 있는 안테나를 갖고 있는 단일 기지국이 3개의 셀을 서비스할 수 있도록 3개의 셀이 겹치는 부분에 기지국이 위치한다. - 2G 셀룰러 시스템을 위한 GSM 표준은 무선 인터페이스를 위해 FDM/TDM이 혼합된 방식을 사용한다. º FDM과 TDM의 혼합 시스템에서는 채널을 다수의 주파수 부대역(sub-band)들로 나눈 후에 각 부대역에서 시간을 프레임과 슬롯으로 분할한다. º 하나의 채널을 F개 부대역으로 나누고 시간을 T개 슬롯으로 나누면 F*T개의 콜을 동시에 지원할 수 있다. - GSM 네트워크의 기지국 제어기(base station controller, BSC)는 보통 수십 개의 기지국에 대한 서비스를 지원한다. º 기지국 제어기의 역할은 기지국의 무선 채널을 이동 사용자에게 할당하고 페이징(이동 사용자가 현재 위치한 셀의 위치를 찾아내는 것)과 이동 사용자의 핸드오프 기능을 수행하는 것이다. - 기지국 제어기와 그 제어를 받는 기지국들은 하나의 GSM 기지국 시스템(base station system, BSS)을 구성한다. - 이동 교환 센터(mobile switching center, MSC)는 이동 단말기의 셀룰러 네트워크 접근을 허가하는 사용자 인증, 과금, 사용자 콜의 설정과 해제, 그리고 핸드오프 등의 중심적인 기능을 수행한다.
3G 셀룰러 데이터 네트워크: 무선 가입자로의 인터넷 확대
3G 코어 네트워크 - 3G 코어 셀룰러 데이터 네트워크는 무선 액세스 네트워크 공중 인터넷에 연결한다. [그림 7.19] 3G 네트워크 시스템 구조
- 이 코어 네트워크는 그림 7.18의 셀룰러 음성 네트워크 요소들, 특히 MSC들과 협력 작업을 한다. - 기존 셀룰러 음성 네트워크에 이미 많은 인프라스트럭처와 유용한 서비스가 존재하고 있으므로, 3G 데이터 서비스의 설계자들이 취한 접근 방법은 명확하다. º 기존의 GSM 기반 셀룰러 음성 네트워크의 기본은 그대로 두고, 거기에 병행하는 추가적인 셀룰러 데이터 기능을 추가하는 것이다. - 3G 코어 네트워크에는 두 가지 종류의 노드가 있다. º SGSN (Serving GPRS Support Node) ▷ 해당 SGSN이 접속해 있는 무선 엑세스 네트워크에서 이동 단말기 간의 데이터그램 송수신을 책임진다. ▷ 셀룰러 음성 네트워크의 MSC와 협력 작업을 하며 사용자 인증, 핸드오프, 이동 단말기의 위치 및 셀 정보의 관리, 그리고 무선 액세스 네트워크와 GGSN 사이의 데이터그램 전달을 담당 º GGSN (Gateway GPRS Support Node) ▷ 마치 게이트웨이와 같이 동작하며, 다수의 SSGN들을 더 큰 인터넷과 연결한다. ▷ 이동 단말기로부터 전송된 데이터그램이 더 큰 인터넷에 진입하기 직전에 만나는, 3G 인프라스트럭쳐의 마지막 단계이다. ▷ GGSN 안쪽 네트워크의 3G 노드의 이동성은 외부의 인터넷 세계에는 감추어져 있다. → GPRS (Generalized Packet Radio Service) : 2G 네트워크에서의 초기 셀룰러 데이터 서비스
3G 엑세스 네트워크 - 우리가 3G 사용자로서 만나는 무선 첫 번째 홉 (first hop) 네트워크이다. - 그림 7.19에 보이는 무선 네트워크 제어기(radio network controller, RNC)는 보통 여러 개의 BTS를 제어하며, 3G UMTS 용어로는 "Node-B"라고 불린다. - 각 셀에서 무선 랜는 2G와 마찬가지로 BTS와 무선 단말기 사이에서 동작한다. - RNC는 회선교환 방식의 셀룰러 음성 네트워크와는 MSC를 통해서, 패킷 교환 방식의 인터넷과는 SGSN을 통해서 양쪽 다 연결되어 있다. - 3G 셀룰러 음성과 데이터는 서로 다른 기본 네트워크를 사용하지만, 공통의 첫 번째 홉 또는 마지막 홉이 무선 액세스 네트워크를 공유한다. - 3G UMTS는 DS-WCDMA (Direct Sequence Wideband CDMA) 기술을 사용하는 것 - 3G UMTS는 TDMA 슬롯 안에서 이 새로운 CDMA 기술을 사용하며, TDMA 슬롯은 다시 여러 개의 주파수 영역에서 사용 가능하다. - WCDMA 기술 사양과 관련한 데이터 서비스는 HSPA(High Speed Packet Access)로 알려져있으며 14Mps의 다운 링크를 보장한다.
4세대(4G)로; LTE
- 4G LTE(Long-Term Evolution) 표준은 3GPP에 의해 작성되어 3G 시스템에 대한 두 가지의 중요한 진화를 이루고 있는데, all-IP 네트워크 기술과 향상된 무선 접속 기술이다.
[그림 7.20] 4G 네트워크 시스템 구조
4G 시스템 구조: All-IP 코어 네트워크 - 그림 7.20은 4G 네트워크의 전체적인 구조를 보여준다. - 4G 구조를 관찰하면 두 가지 중요한 요인을 알 수 있다. º 통일된 all-IP 네트워크 구조 ▷ 음성과 데이터 모두 IP 데이터그램에 의해 사용자 장비(User Equipment, UE)인 무선 기기로부터 패킷 게이트웨이(P-GW)로 전송된다. ▷ 이는 4G 가장자리 네트워크를 네트워크의 다른 부분과 연결한다. ▷ 4G에 이르러 음성전화에 기반한 기존 셀룰러 네트워크의 잔재가 완전히 사라지고 보편적인 IP 서비스로의 전환이 이루어지게 되었다. º 4G 데이터 플레인과 4G 제어 플레인의 명확한 분리 ▷ IP 계층의 데이터와 제어 구분을 반영하여 4G 네트워크 구조에서는 데이터와 제어 부분을 명확하게 분리하고 있다. º 무선 접속 네트워크와 all-IP 코어 네트워크의 명확한 분리 ▷ 사용자 데이터를 운반하는 IP 데이터그램은 사용자 UE로부터 그림 7.20의 게이트웨이(P-GW)를 거쳐 4G 내부 네트워크 및 외부 네트워크로 전달된다. ▷ 제어 페킷은 역시 같은 네트워크상의 4G 제어 서비스 요소들을 통해 교환된다. - 4G 구조의 핵심적인 요소들 º eNodeB ▷ 2G의 기지국과 3G의 node B의 진화한 형태이며, 마찬가지로 중심적인 기능을 수행한다. ▷ 데이터 플레인 측면에서는 LTE 무선 접속 네트워크를 통해 UE와 P-GW 간에 데이터그램을 전달한다. ▷ UE 데이터그램은 캡슐화되어 eNodeB와 P-GW 간에 4G all-IP 네트워크를 터널링된다. ▷ 제어 플레인 측면에서는 eNodeB가 UE의 도움을 받아 등록과 이동성 신호 정보를 관리한다. º 패킷 데이터 네트워크 게이트웨이(P-GW) ▷ UE에게 IP 주소를 할당하고 QoS 관리 기능을 수행한다. ▷ UE와의 터널링 종점으로서 데이터그램 전달 시에 데이터 캡슐화 및 캡슐 제거를 담당한다. º S-GW ▷ 데이터 플레인의 이동성 앵커 지점으로 모든 UE 트래픽은 S-GW를 통과한다. ▷ 요금 과금 기능과 법적인 트래픽 차단 기능을 수행한다. º 이동성 관리자(Mobile Management Entity, MME) ▷ 관리하는 셀에 위치하는 UE의 도움을 받아 연결과 이동성 관리를 수행한다. ▷ HSS로부터 UE 등록 정보를 받는다. º 홈 등록 서버(Home Subscriber Server, HSS) ▷ 로밍 접속용량, QoS(Quality of Service) 프로파일, 인증 정보 등을 포함한 UE 정보를 유지한다. ▷ 이런 정보들을 UE 홈 셀룰러 제공자에게서 획득한다.
LTE 무선 액세스 네트워크 - 다운스트림 채널에 FDM과 TDM을 혼합한 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 방식을 사용한다. ▷ "orthogonal"이란 용어는 서로 다른 주파수 채널을 이용해 전송되는 신호는 주파수 대역이 아무리 가깝더라도 상호 간 간섭이 거의 없다는 사실에서 비롯되었다. - LTE에서 각 이동 노드는 하나 이상의 0.5msec의 시간 슬롯을 하나 이상의 주파수 채널에서 할당받는다. - 어떤 노드가 어느 주파수의 시간 슬롯을 이용해 전송할 것인가 하는 문제는 LTE 장비 공급자나 통신망 운영자들이 제공하는 스케줄링 알고리즘에 의해 결정된다. - 무선 네트워크 제어부가 전송매체를 최대한 효율적으로 이용하기 위해, 기회 스케줄링(opportunistic scheduling) 기법을 이용해 물리 계층의 프로토콜을 송수신 노드 사이의 채널 조건에 맞추고 그 채널 조건에 따라 패킷이 전송될 수신 노드를 결정한다. - 사용자 우선순위와 계약된 서비스 레벨이 하향 패킷 전송의 스케줄링에 사용될 수 있다.
