정보과학회 2004 추계학술발표회 차세대 이동통신 all ip 망 2004. 10. 23 lg 전자...

정보과학회 2004 추계학술발표회

차세대 이동통신 ALL IP 망

2004. 10. 23LG 전자 이동통신기술연구소

최 진 성 소장[email protected]

2목차 ALL IP 통신망 기본 개념 ALL IP 통신망 망 요소 및 프로토콜 이동통신망 진화 – 3GPP 이동통신 ALL IP 망 구조 결 론

3ALL IP 통신망 기본 개념 (I) 무선데이터 통신시장의 성장성을 고려하여 , 기존의 음성

중심 통신망 보다는 효율적인 데이터 전송이 가능한 새로운 개념의 통신망 필요성이 제기됨 . 이동통신 가입자수 : 7 억명 (2000 년 ) → 17 억명 (2005 년 ) 무선데이터 이용자수 : 1.8 억명 (2000 년 ) → 12 억명 (2005

년 )

4ALL IP 통신망 기본 개념 (II) 이동통신망 구조와 프로토콜을 모두 IP (Internet Protocol)

기반 채택 데이터와 시그널링 전송을 인터넷 프로토콜 사용 전달 , 제어 , 서비스 기능의 명확한 계층분리

음성 , 비음성 및 유선 , 무선 통합 네트웍 구축기반 확보

TerminalTerminal

AccessAccess WirelessWireless WirelineWireline DataData

TransportTransportNetworkNetwork

WirelessWireless WirelineWireline DataData

WirelessWirelessNetworkNetwork

WirelineWirelineNetworkNetwork

InternetInternet

BillingBillingMessageMessageSecuritySecurityIntelligentIntelligent


IP NetworkIP Network


ApplicationApplication


기존 망 개념기존 망 개념 All IP 망 개념All IP 망 개념

5ALL IP 통신망 기본 개념 (III) 망구축 비용 및 망운용 비용 절감

단일 통합망 구조 설비 투자비용 / 운용비용 절감 Open Architecture Multi-vender 가능 / 망 구성 유연성 각종 IP 서비스 및 Contents 재사용

IP Multimedia Service 실현으로 신규 수익 창출 IP 망으로 통합 Multimedia Service 제공 가능

IP 망 및 무선 구간에서의 Quality of Service 관련기술 미성숙

이동통신의 구체적인 IP Application / Service 출현시점 및 성공여부

전반적인 All IP 관련 장비시장의 미성숙

6

ALL IP 통신망 기본 개념 ALL IP 통신망 망 요소 및 프로토콜 이동통신망 진화 – 3GPP 이동통신 ALL IP 망 구조 결 론

7ALL IP 망 요소 및 프로토콜 Media Gateway (MGW)

사용자 트래픽에 대한 물리적 교환 / 전달 제어 및 변환 수행 Media Gateway Controller 의 제어에 따라 동작 수행 중계선 정합장치 , Vocoder, Echo canceller, Tone source, Announce

ment 장치 , Call Mixer 등 수용 All IP 망의 사용자 트래픽을 PSTN, Legacy PLMN 등과 정합해 줌

Access Gateway (AGW) 유선 혹은 무선 Access 망과의 정합 기능 수행 Media Gateway Controller 의 제어에 따라 동작 수행

Media Gateway Controller (MGC) MGW, AGW 의 미디어 채널 연결제어와 관련된 Call State 제어 Call Agent, MSC Server 등이 Media Gateway Controller 기능을

수행

8ALL IP 망 요소 및 프로토콜 MSC Server

이동 All IP 망에서 Call Control 및 Mobility Control 에 해당하는 기능 수행

MGW, AGW 의 미디어 채널을 위한 연결제어와 관련된 Call State 제어

기존 PSTN/PLMN 과 SGW 를 경유한 연동 수행 Signaling Gateway Function (SGW)

All IP 망과 Legacy 망 사이의 SS7 신호의 변환 수행

9ALL IP 망 요소 및 프로토콜 RTP/RTCP

Real-time Transport Protocol / RTP Control Protocol Internet 상에서 실시간 데이터를 전송하기 위한 프로토콜

MEGACOP/H.248 Media Gateway 와 Media Gateway Controller 간의 프로토콜 IETF MEGACO Working Group 에서 제정 IETF 에서는 MEGACOP, ITU-T 에서는 H.248 로 명명 MGCP(Media Gateway Control Protocol, IETF RFC 2805) 에서 진화함

SIGTRAN No.7 및 ISDN Signaling 을 IP Transport 로 전달할 수 있도록 한 프로토콜 IETF SIGTRAN Working Group 에서 제정

SIP IETF RFC2543 Session Initiation Protocol IP Multimedia 환경에서의 Session 제어와 이동성 관리 기능 수행

10ALL IP 망 요소 및 프로토콜 RTP (Real-time Transport Protocol)

Internet 상에서 실시간 데이터를 전달하기 위한 프로토콜 실시간 데이터 전달상의 문제를 보완하기 위하여 Sequence No. 와

Time Stamp 를 사용 Sequence Number (16bit): 데이터 패킷의 전달 순서 바뀜 , 데이터

패킷의 분실 등의 문제를 보완하기 위해 사용 Time Stamp (32bit): 데이터 패킷의 전달 지연 시간의 변화에 의해

발생하는 문제를 보완하기 위하여 사용 임의의 network 계층 프로토콜을 사용할 수 있지만 주로 UDP

사용함 . 즉 , RTP/UDP/IP Protocol Stack 을 주로 사용함 . Connection path 내에서 Reservation 을 하거나 QoS 를

보장하지는 않음 . RTCP (Real-time Transport Control Protocol)

RTP 에 의한 실시간 사용자 사용자 데이터 전달이 원활하도록 망 내에서 상대 시스템과 제어 정보를 주고받음

11ALL IP 망 요소 및 프로토콜 SIGTRAN

Legacy 망의 No.7 및 ISDN Signaling 을 IP Transport 로 전달할 수 있도록 한 프로토콜

SCTP (Stream Control Transmission Protocol) - SIGTRAN용 Transport Layer 프로토콜

M3UA (MTP-3 User Adaptation) Legacy 망의 MTP Level 3 에 해당하는 adaptation protocol SUA (SCCP User Adaptation) - Legacy 망의 SCCP 에

해당하는 adaptation protocol IUA(ISDN User Adaptation) - Legacy 망의 ISDN Q.921 에

해당하는 adaptation protocol

IP IP IP

SCTPSCTPSCTP

M3UA SUA IUA

12ALL IP 망 요소 및 프로토콜 MEGACOP / H.248

Media Gateway Controller 가 Media Gateway 를 control 할 때 사용하는 프로토콜

Termination - stream 에 대한 발신지 (source) 혹은 착신지 (sink) 를 MGW 내에서 표현하기 위한 논리적 객체

Context - MGW 내에서 Termination 들 간의 연관 관계를 규정함 . 즉 어느 Termination 에서 어느 Termination 으로 어떤 priority 로 media 가 흘러가는가를 규정함 .

Media Gateway Controller 는 MEGACOP 의 command 를 사용하여 MGW 에 있는 Context 를 생성 , 삭제 , 변경하여 Termination 간의 관계를 규정함으로써 media channel 을 제어한다 .

13ALL IP 망 요소 및 프로토콜 SIP (Session Initiation Protocol)

Multimedia session/call 을 설정 , 변경 , 종료하는 절차를 제어하기 위한 application layer 프로토콜

Session - 발신자 (senders) 와 수신자 (receivers) 들 및 그 발신자와 수신자들 사이의 multimedia data stream 들의 흐름으로 구성된 한 집합 (set)

Text 형식의 message 를 사용 (HTTP 와 유사 ) Session 제어를 위한 기본 기능은 물론 , Multi-party call( 회의 통화 ),

이동성 관리 기능도 제공 SIP Servers & Client User Agent Client (UAC), User Agent Server (UAS) Redirect / Proxy Server Registrar

SIP Method INVITE : session 으로의 초대 , session 파라미터의 변경에 사용 ACK : INVITE 에 대한 최종 응답을 수신했음을 확인해 줌 BYE : session 참여의 종료 REGISTER : SIP Server 에게 현재 위치를 등록

14


15이동통신망 진화

All IPAll IP

2nd Generation

GSM GPRSTDMA

cdmaOne(IS-95A)

cdmaOne(IS-95B)

CDMAcdma2000(1x EV-DV)

WCDMA

EDGEEGPRS

cdma2000(1x EV-DO)

cdma2000(1x)

cdma2000(3x)

3rd Generation All-IP

16이동통신망 진화 – 3GPP

1998 1999 2000 2001 2002 2003

1 2 3 4 5 7 8 9 12 13 14 1510

Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4

3GPP TSGsPlenaryMeetings

3GPP Release ’99

3GPP Release 4

3GPP Release 5

3GPP Release 6

Versions of 3GPP Release’99

Versions of 3GPP Release 4

6 11 16

?

17 18

Versions of 3GPP Release 5

17이동통신망 진화 – 3GPP 3GPP Release ’99

UTRA (Universal Terrestrial Radio Access), Camel Phase 3, Open Service Architecture, Location Services, Narrowband AMR, etc.

3GPP Release 4 Bearer independent Circuit Switched network architecture (the MSC is split

in “Media Gateway” for transport and “MSC server” for signaling) Streaming, Multimedia Messaging, Low Chip Rate TDD, GERAN (EDGE/GPR

S Iu-Interface), TrFO/TFO, etc. 3GPP Release 5

IMS: IP-based Multimedia Services (handling of multimedia services using SIP signaling and the bearer offered by the Packet Switched domain)

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), IP transport in UTRAN, End-to-end QoS in the PS domain, CAMEL Phase 4, Global Text Telephony, Intra domain connection of RAN nodes to multiple CN nodes, etc.

3GPP Release 6 IMS Phase 2 (including IMS Messaging, IMS Group Management) Multimedia Broadcast/Multicast Services, Push services, Wireless LAN int

erworking, etc.

18이동통신망 진화 – 3GPP(Rel99)

• SCP : Service Control Point• SGSN : Serving GPRS Support Node• GGSN : Gateway GPRS Support Node

Internet

Node-BNode-B

RNCRNC

HLRHLR

SCPSCP

MSCMSC

Node-BNode-B

SGSNSGSN

GGSNGGSN

GMSCGMSC

Legacy MobileNetwork

PSTN

IuCSIuCS

IuPSIuPS

PCMPCMN-No.7N-No.7

Data Transfer & Signaling Interface Signaling Interface

Application & Services

AAL2AAL2

IP IP Backbone Backbone NetworkNetwork

PCMPCMN-No.7N-No.7

19이동통신망 진화 – 3GPP (R4- 통합형 )

Rel-99 MSC 시스템의 S/W Upgrade 를 통한 R4 통합형 시스템으로 Migration

망 구조의 변화 없이 R4 Feature 를 안정적으로 서비스

Internet

Node-BNode-B

RNCRNC

HLRHLR

SCPSCP

MSCMSC

Node-BNode-B

SGSNSGSN

GGSNGGSN

GMSCGMSC


PSTN

IuCSIuCS

IuPSIuPS

PCMPCMN-No.7N-No.7


AAL2AAL2

IP IP Backbone Backbone NetworkNetwork

PCMPCMN-No.7N-No.7



20이동통신망 진화 – 3GPP(R4- 분리형 ) 통합형 MSC 를 MSC Server 와 Media Gateway 로 분리 MSC Server 와 Media Gateway 는 ATM 또는 IP Backbone 으로 연결 IP Backbone 및 관련 장비의 신뢰성 전제 필요

Internet

HLRHLR

SCPSCP

SGSNSGSN

GGSNGGSN

MGW/SGWMGW/SGW


PSTN

IuCSIuCS

PCMPCMN-No.7N-No.7


IPIP Backbone Backbone

NetworkNetwork

PCMPCMN-No.7N-No.7

MSCMSCServerServer

GMSCGMSCServerServer

Node-BNode-B

RNCRNCNode-BNode-B

IuPSIuPS

AAL2AAL2

MGWMGW ATMATM Backbone Backbone

NetworkNetwork



21

ALL IP 통신망 기본 개념 ALL IP 통신망 망 요소 및 프로토콜 이동통신망 진화 – 3GPP

이동통신 ALL IP 망 구조 결 론

22이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP

PSTN/LMSDInternet

GGSNRNC

MSCServer

HSS

CS-MGW/SGW IMS-MGW/SGW

CS DomainPS Domain

IP MultimediaSubsystem

Node-B

Node-B

SGSN

IP

CSCF/MGCF MRFC/MRFP

MS

• CSCF: Call Session Control Function• GGSN : Gateway GPRS Support Node• HSS : Home Subscriber Server • LMSD : Legacy Mobile Station Domain• MGCF : Media Gateway Control Function• MGW : Media Gateway• MRFC : Multimedia Resource Function Control • MRFP : Multimedia Resource Function Processor

• MSC Server : Mobile Switching Center Server• PSTN : Public Switched Telephone Network• RNC : Radio Network Controller• SGSN : Serving GPRS Support Node• SGW : Signaling Gateway


R-5 기능별 망 구성도

Gf

Iu-PS

Gi

Go

R Uu

CS-MGW

Gn

Gc

Signalling and Data Transfer InterfaceSignalling Interface

TE MT RNS

Gr

SGSN GGSN

EIR MGCFMRFP

IP Multimedia Networks

PSTN/Legacy/External

Applications &Services *)

MmMw

Legacy mobilesignalingNetwork

Mb

Cx

R UmTE MT

AlternativeAccess

NetworkC,D,

Gc,Gr

CSCF

HSS *)

HSS *)

Applications& Services *)

GMSC server

*) those elements are duplicated for figurelayout purpose only, they belong to the samelogical element in the reference model

McMc

C

SCP

CAP

CS-MGWNb

Nc

DCAP

Iu-CS

A

Iu-PS

Gb

CAP

IP MultimediaSubsystem

CSCF

BSS/GERAN

PSTN

PSTN

PSTNIMS-MGW

GsIu-CSA

MSC server

Mn

MRFCMp

BGCF

MbMk

MjMg

Mr

Mi

SLF

Dx

PS Domain

CS Domain


IP-RANIP Transport

• IP routing• IP transport• point-to-point Node B Link

Iu

Iub

IP Network

Router

Router

Router

Router

Iub

RRM

RNC

Signalling

IP RAN• Node B re-parenting RNC• Signalling/bearer separation• Distributed RRM

SDU

SDU

Iu

Iub

Iub

RNCS

RRM1

RRM1

RNCS

Aggregation

IP Network

RRM2RRM2

Bearer

Hierarchical

• point-to-point ATM• concentration

Concentrator

Iub Iub

Concentrator

Iu

RRM

RNC

R99 R5 R6?

• RRM : Radio Resource Manager

25이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP2

PSTN/LMSD Internet

Packet DomainCircuit Domain

BSC

MSCServer

Database

MRF

MGW

BTS

BTS

IP

SCM/MGCF

AGW

BorderRouter

AAA

Home Agent

MS

• AAA : Authentication, authorization, and accounting • AGW : Access Gateway• BSC : Base Station Controller• BTS : Base Transceiver Station• MRF : Multimedia Resource Function• SCM : Session Control Manager

26이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP2

Network Architecture Model 1.2.0

Application

Service

Control

Transport

Signaling-Control

Bearer

Radio

Media Gateway Control

3

4

2

15

1

Network Capability Gateway

Subscription QoS Manager

Databases

EIR DSI Sub Poli

MAP41 & GSM

PSTN

IPNetwork

Session Control Manager

Core QoS Manager

Media Gateway

Border Router

Position Server

Position Determining Entity

AAA

Legacy MS Domain Support

MRFC

Mobile IP Home Agent

Access Net.AccessGateway

FA/Attendant

BSC+ PCFBTS

OtherAccess Networks

MS

18

31

35

5

20 21

6

11

22

9

10

16

12

23

8

40

30

14

34

26

3233

37

4639

4442

45

29

36

27

48

38

28

17

24

4143

19

47

Service Application

HLRe MSCe SCPe

MRFP25

27이동통신 ALL IP 망 구조 - 망요소 Call State Control Function (CSCF)

IP Multimedia 호 제어 수행 Serving CSCF, Interrogating CSCF, Proxy CSCF CCF (Call Control Function), SPD (Serving Profile Database), AH (Address H

andling) 기능 수행 Media Gateway Control Function (MGCF)

IP Multimedia 서비스에서의 MGW 의 미디어 채널을 위한 연결제어와 관련된 Call State 제어

Legacy 망으로부터의 incoming call 에 대해 routing no. 에 따라서 CSCF 선택

Legacy 망과 R5 망 사이의 호 제어 protocol 에 대한 conversion 수행 Breakout Gateway Control Function (BGCF)

PSTN 으로 breakout 하기 위한 network 및 MGCF 를 결정하는 기능 수행 Home Subscriber Server (HSS)

IP Multimedia 서비스 제어에 필요한 Master Database / User 정보 관리 IP Multimedia 서비스를 위한 이동성 관리 수행 기존 HLR 기능 수용

28이동통신 ALL IP 망 구조 Media Gateway function (MGW)

PSTN 및 Legacy PLMN 과의 사용자 데이터 종단 기능 MSC Server, MGCF 와 상호작용하며 제어를 받음 UMTS/GSM transport media 지원을 위한 필요 자원 수용 Echo canceller 수용 , codec, conference bridge 등 수용가능 Serving RAN relocation/handover 등 이동성 기능 지원 필요

Multimedia Resource Function Controller (MRFC) MRFP 의 자원들을 제어함 Application Server 및 CSCF 가 주는 정보를 번역하고 그에 따라 M

RFP 제어 CDR 발행

Multimedia Resource Function Processor (MRFP) multiparty call 을 위하여 media stream 을 mixing 함 multimedia announcements 등을 송신함 audio transcoding, media analysis 등을 수행함

29이동통신 ALL IP 망 구조 3GPP R5

MGWMGW MGW/SGWMGW/SGW MSCMSCServerServer

GMSCGMSCServerServer

MultimediaIP Network

Node-BNode-B

RNCRNC

SCPSCP

Node-BNode-B

SGSNSGSN GGSNGGSN


PSTN

IuPSIuPS

Data Transfer & Signaling InterfaceData Transfer & Signaling InterfaceSignaling InterfaceSignaling Interface


IuCSIuCS

PCMPCM

PCMPCM

• MCS : Multimedia Control Server• CSCF : Call State Control Function• MGCF : Media Gateway Control Function• HSS : Home Subscriber Server• MRF : Multimedia Resource Function

MRFMRF

MGCFMGCF

ApplicationApplicationServersServers

HSSHSS

CSCFCSCF

IP Backbone NetworkIP Backbone Network

30이동통신 ALL IP 망 구조 3GPP2 CDMA2000 기반 - Phase I

IP voice transport in Legacy MS Domain (LMSD) Efficiency through IP transport Wireless CA, MGW

BSC

Wireless Call Agent (MSC Server)

IP Backbone Network

MGWMGWBSC

Packet DataNetworkPDSN

SGW

BSC

PDSN

Data Transfer & Signaling Interface

Signaling Interface

BTS

BTS BTS

Legacy Mobile Network / PDSN

31이동통신 ALL IP 망 구조 3GPP2 CDMA2000 기반 - Phase I

Multimedia services in full IP architecture

IP Backbone Network

MGW

User Data Transfer & Signaling Interface

Signaling Interface

MGW

AGW

BTSBSC

SGW

Multimedia Control Server

DATABASESubscription Profile/EIR / DSI /NW Policy Rules

PositionService

Application& Services

MRF HA

MultimediaIP Network

BorderRouter

AAA BTS

BTS

BTS

BSC

IP RAN

Wireless Call Agent

Legacy Mobile Network / PDSN

MGW

32이동통신 ALL IP 망 구조 동기 / 비동기 Harmonization – IP Core Network

Harmonization

IP Network

RNC

MSCServer

SGSN

GGSN

MGW

BSC

MGW

MSCServer

AccessGateway

AAAHSS

MRF

CSCF/MGCF

ApplicationServer

Harmonization of IMSHarmonization of IMS

33이동통신 ALL IP 망 구조 동기 / 비동기 Harmonization – Common

3GPP/3GPP2 Harmonization Reference Model (HRM)

Control

Bearer

Blue = 3GPP definitionRed = 3GPP2 definitionBlack = Common definitionGreen = Not Common

IP Core Network Multi-media Session Domain (IMS)

Mc/30

PSTN/26

ISC/12

Mr/24Mi/ee

MRFC

MRFPMp/25

Cx/16

UA

MGCFMj/17

Sh/7/11

Mg/17

Mb/34

PDF

Go/28

Mb/36/38

Home Subscriber Server

AAA

Databases

4

Mb/32/37

Packet DataSubsystem

Radio AccessNetwork

23

3

Mb/33

Mm/tbd

Mb/42PDN

MGW

PSTN /PLMN

BGCF

Mk/tbd

CSCF

Mw/dd/ff

OSA-AS

SIP-AS

OSA-SCSOSA

• CSCF: Call Session Control Function• BGCF: Breakout Gateway Control Function • PDF: Policy Decision Function• OSA-SCS: OSA Service Capability Server• MGCF : Media Gateway Control Function• MRFC : Multimedia Resource Function

34이동통신 ALL IP 망 구조 동기 / 비동기 Harmonization

FocusAccess network 에 독립적 (e.g. WCDMA / CDMA2000 / WLAN) 공통 network architecture3GPP 와 3GPP2 사이의 roaming

Agreement OSA/PARLAY 기반 API 와 IMS (IP Core Network Multimedia Session

Domain) 의 harmonization 에 우선순위를 둠3GPP 와 3GPP2 IMS mobile 에 대한 상호 운용성 보장 단일화 된 IMS reference modelApplication level intersystem IMS roaming

Recommendation3GPP2 는 3GPP Release 5 IMS (IP Multimedia Subsystem) 와 Parlay

3.1 을 기본으로 활용할 것을 권장3GPP 와 3GPP2 는 IETF 에게 제공될 SIP extension 및 기타 issue 들에 대한

요구사항에 대해 협력할 것을 권장 향후 공통된 mobility management 고려 예정

35


36결 론 이동통신망의 All IP 진화는 사업자의 CAPEX, OPEX를

절감시킴 . 이동통신망의 All IP 진화는 IP 기반 멀티미디어

서비스의 도입을 가능하게 함 . 이동통신망과 유선망의 All IP 진화는 유무선 통합을

구조적으로 가능하게 함 . 이동통신망의 All IP 진화 추진에 있어 관련 기술이

미성숙된 측면을 고려하여야 함 . 이동통신 All IP 진화에 대해서는 전 세계적으로 Consen

sus 가 형성되어 있으나 , 세부적인 추진 전략에 대해서는 다양한 견해가 존재함 .

정보과학회 2004 추계학술발표회 차세대 이동통신 all ip 망 2004. 10. 23 lg 전자...

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