7.7 셀룰러 네트워크에서의 이동성 관리

- 이동 IP에서처럼 GSM(Global System for Mobile Communications)은 간접 라우팅 방식을 사용한다.
  → 즉, 상대방의 콜을 먼저 이동 노드의 홈 네트워크로 전달한 다음 다시 홈 네트워크로부터 방문 네트워크로 전달한다.
- GSM에서는 이동 노드의 홈 네트워크를 이동 노드의 홈 PLMN(home public land mobile network)이라고 한다.
- 편의상 GSM 홈 PLMN을 단순히 홈 네트워크라고 하겠다.
- 홈 PLMN
  : 이동 사용자가 가입한 셀룰러 사업자(휴대전화 서비스 요금 명세서를 매달 보내는 사업자)를 뜻한다.
- 방문 PLMN(여기서는 단순하게 방문 네트워크라고 함)
   : 이동 노드가 현재 머물고 있는 네트워크다.
- 이동 IP와 마찬가지로, 홈 네트워크와 방문 네트워크의 역할에는 큰 차이가 있다.
  º 홈 네트워크는 HLR(home location register) 데이터베이스를 유지하며, HLR에는 가입자마다 영구적인 휴대폰 전화번호 및 가입자의 개인 정보가 포함된다. 
    ▷ 중요한 것은 HLR에 가입자의 현재 위치가 저장된다는 것이다.
        → 즉, 이동 사용자가 다른 사업자의 셀룰러 네트워크에서 로밍 이동 중인 경우에 이동 사용자에게 콜이 전달될 수 있도록, HLR에는 이동 노드의 방문 네트워크 내 주소를 알아낼 수 있는 충분한 정보가 포함된다.
    ▷ 상대방이 이동 노드로 전화하면, 홈 네트워크의 GMSC(Gateway Mobile Services Switching Center)라는 특수 스위치에 접속하게 된다. 
    ▷ 여기서도 편의상 GMSC를 홈 MSC라고 하겠다.
  º 방문 네트워크는 VLR(visitor location register)이라는 데이터베이스를 유지한다.
    ▷ VLR은 자신이 지원하는 네트워크에 현재 있는 이동 사용자마다 엔트리를 갖고 있다.
    ▷ VLR 엔트리는 이동 사용자가 네트워크에 들어가고 나감에 따라 생성/삭제된다.
    ▷ 보통 VLR은 MSC(mobile switching center)와 함께 있으며, MSC는 방문 네트워크와의 콜 설정을 조정한다.
- 실제로 제공자의 셀룰러 네트워크는 그 제공자의 가입자에게는 홈 네트워크 역할을 하고, 다른 셀룰러 제공자의 가입자인 이동 사용자에게는 방문 네트워크 역할을 한다.

이동 사용자로의 콜 전달

- 그림 7.30에 보여진 것처럼 이동 사용자로의 콜 전달 과정은 다음과 같다.

[그림 7.30] 간접 라우팅에서 이동 사용자로의 콜

  1. 상대방이 이동 사용자의 전화번호를 누른다.
     º 이 번호는 특정 전화선이나 위치를 의미하지 않는다. (전화번호는 고정되어 있고 사용자는 이동한다!)
     º 전화번호의 앞자리 숫자 몇 개를 통해 글로벌하게 이동 노드의 홈 네트워크를 식별할 수 있다.
     º 요청된 콜은 전화를 건 상대방에서 공중전화 교환망(PSTN)을 거쳐 이동 사용자의 홈 네트워크에 있는 홈 MSC로 전달된다.
  2. 콜을 수신한 홈  MSC는 이동 사용저의 위치를 알기 위해 HLR에게 문의한다.
     º HLR은 MSRN (mobile station roaming number) 즉 로밍 번호(roaming number)를 반환해 준다.
     º 로밍 번호는 이동 노드의 홈 네트워크와 결합되어 있는 영구적인 전화번호와는 다른 것으로, 잠시만 사용되며 이동 노드가 방문 네트워크로 들어갈 때 임시로 할당된다.
     º 로밍 번호는 이동 IP에서의 COA와 유사하며, COA와 마찬가지로 상대방과 이동 노드는 이 번호의 존재를 알지 못한다.
     º HLR이 로밍 번호를 갖고 있지 않으면, 방문 네트워크의 VLR 주소를 반환해 준다.
     º 이 경우에는 홈 MSC는 이동 노드의 로밍 번호를 알기 위해 VLR에게 문의해야 한다.
  3. 로밍 번호를 받으면, 홈 MSC는 네트워크를 거쳐서 방문 네트워크의 MSC로 콜 전달을 한다.
      º 전체적으로 보면 콜을 상대방에서 홈 MSC, 홈 MSC에서 방문 MSC, 방문 MSC에서 이동 사용자를 지원해 주는 기지국으로 전달함으로써 콜 전달이 완료된다.
- "어떻게 HLR이 이동 사용자의 위치 정보를 얻는가?"
  º 새로운 VLR에 의해서 관장되는 방문 네트워크로 이동 전화 단말기가 들어가면, 그 이동 노드는 방문 네트워크에 등록해야만 한다.
  º 이것은 이동 노드와 VLR 간에 시그널링 메시지를 교환하여 이루어진다.
  º 그러면 방문 VLR은 위치 갱신 요청 메시지를 이동 노드의 HLR로 보낸다.
  º 이 메시지는 HLR에게 이동 노드가 접속한 곳의 이동 번호나 또는 VLR 주소를 알려준다.
  º 이러한 메시지 교환 과정 중에 VLR은 HLR로부터 이동 노드의 가입자 정보를 얻고 또한 이동 사용자가 방문 네트워크로부터 받을 수 있는 서비스를 결정한다.

GSM에서의 핸드오프

- 핸드오프는 이동 중인 기기가 콜 진행 중에 한 기지국에서 다른 기지국으로 결합 설정을 변경할 때 발생한다.

[그림 7.31] 공통 MSC를 사용하는 기지국 사이의 핸드오프 시나리오

- 그림 7.31에서 보듯이, 이동 노드의 콜은 핸드오프 전에는 한 기지국(이전 기지국)을 통해서 이동 노드로 전달되며, 핸드오프 후에는 다른 기지국(새 기지국)을 통해서 이동 노드에 전달된다.
- 기지국 사이의 핸드오프로 인해 향후 새 기지국으로 데이터를 전송해야 할 뿐만 아니라, 진행 중인 콜을 네트워크 내부의 한 교환 지점에서 새 기지국으로 재라우팅(rerouting)해야 한다.
- 일단 이전 기지국과 새 기지국이 동일한 MSC를 사용하고, 재라우팅은 이 MSC에서 된다고 가정하자.
- 핸드오프가 발생하는 여러 이유
  1. 현재 기지국과 이동 노드 간의 신호가 더 이상 콜이 연결되지 않을 정도로 나쁜 경우
  2. 콜이 너무 많아서 셀에 과부하가 걸리는 경우 등이 포함
     ▷ 과부하로 인한 혼잡 상황은 이동 노드를 트래픽이 적은 인근셀로 핸드오프함으로써 해결할 수 있다.
- 한 기지국과 결합된 이동 노드는 주기적으로 현재 기지국으로부터의 비컨(beacon) 신호뿐만 아니라 "들을 수 있는" 인근 기지국으로부터의 비컨 신호의 강도를 측정한다.
- 측정 결과는 초당 한두 번 이동 노드의 현재 기지국으로 보고된다.
- GSM에서의 핸드오프는 비컨 신호 강도 측정 결과 및 인근 셀의 현재 부하 등을 기반으로 이전 기지국에 의해서 시작된다. 

[그림 7.32] 공통 MSC를 사용하는 기지국 사이의 핸드오프 수행 단계

- 그림 7.32에 기지국이 이동 사용자를 핸드오프하기로 결정했을 때의 과정이 나타나 있다.
  1. 이전 기지국(BS)은 방문 MSC에게 핸드오프가 진행되고 있다는 것과 핸드오프 될 기지국(또는 다수의 기지국들)에 대해서 알려준다.
  2. 방문 MSC는 재라우팅된 콜을 전달하는 데 필요한 자원을 할당함으로써 새 기지국으로의 경로 설정을 시작하고 새 기지국에게 핸드오프가 발생함 것임을 알려준다.
  3. 새 기지국은 이동 노드가 사용할 무선 채널을 할당하고 활성화시킨다.
  4. 새 기지국은 방문 MSC와 이전 기지국에게 방문 MSC에서 새 기지국으로의 경로가 설정되었음을 알려 주고, 또한 핸드오프가 진행되고 있음을 이동 노드에게 알려 주도록 신호를 보낸다.
     º 새 기지국은 이동 노드가 새 기지국과 결합하는 데 필요한 모든 정보를 제공해준다.
  5. 이동 노드는 핸드오프를 수행하도록 통고를 받는다.
     º 이때까지 이동 노드는 네트워크가 핸드오프를 하기 위한 준비(새 기지국에서 채널을 할당하고 방문 MSC에서 새 기지국으로의 경로를 할당)를 해 온 것에 대해 전혀 모른다.
  6. 이동 노드와 새 기지국은 새 기지국의 새 채널을 활성화하기 위해 하나 이상의 메시지를 교환한다.
  7. 이동 노드와 새 기지국에게 핸드오프 완료 메시지를 보내고, 이 메시지는 방문 방문 MSC로 전달된다.
      º 방문 MSC는 진행 중인 콜을 새 기지국을 통해서 이동 노드로 재라우팅해 준다.
  8. 이전 기지국으로의 경로에서 할당된 자원들을 해제한다.
- 이동 노드가 다른 MSC에 결합된 기지국으로 이동하면 어떻게 되는지, 그리고 MSC 간(inter-MSC)에 핸드오프가 한 차례 이상 발생하는 경우 어떻게 되는지 살펴보자.

[그림 7.33] 앵커 MSC를 경유하는 재라우팅

    º 그림 7.33처럼 GSM에서 앵커(anchor) MSC를 정의하고 있다.
    º 엥커 MSC는 콜이 처음 시작될 때 이동 노드가 방문한 MSC이다. (그러므로 앵커 MSC는 콜 진행 동안 변경되지 않고 그대로 유지된다)
    º 콜 진행 동안에 MSC 간의 핸드오프 횟수와 무관하게 콜은 홈 MSC에서 앵커 MSC로 그리고 다시 앵커 MSC에서 현재 이동 노드가 머무는 방문 MSC로 전달된다.
    º 이동 노드가 한 MSC의 영역에서 다른 MSC의 영역으로 이동할 때, 진행 중인 콜은 앵커 MSC로부터 새 기지국을 포함하는 새 기지국을 포함하는 새 방문 MSC로 재라우팅된다.
    º 따라서 상대방과 이동 노드 간에는 항상 최대 3개의 MSC(홈 MSC, 앵커 MSC, 방문 MSC)가 있게 된다.
- 앵커 MSC에서 현재 MSC로 단일 MSC 홉을 유지하는 것외에 대안이 되는 다른 방법은 이동 노드가 새 MSC로 이동할 때마다 이전 MSC가 새 MSC로 진행 중인 콜을 전달해 주는 식으로 이동 노드가 방문한 MSC들을 단순히 체인으로 연결하는 것이다. 
- GSM 이동성 관리와 이동 IP의 이동성 관리를 비교해보자.
  º 표 7.2에 이들에 대한 비교가 나타나 있으며, 여기서 IP와 셀룰러 네트워크는 여러 가지 면에서 기본적인 차이가 있음에도 불구하고, 이동성 관리에서는 다수의 기능 요소 및 전반적인 접근 방법이 같음을 알 수 있다.

[표 7.2] 이동 IP와 GSM 이동성의 공통점