차세대 이동통신 ALL IP 망

1. 차세대 이동통신 ALL IP 망 2004. 10. 23 LG전자 이동통신기술연구소 최 진 성 소장 jinsungc@lge.com

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

3. ALL 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 (2000년) → 17 억명 (2005년) • 무선데이터 이용자수: 1.8 억명 (2000년) → 12 억명 (2005년)

4. ALL 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 Application Billing Message Security Intelligent Billing Message Security Intelligent Billing Message Security Intelligent Billing Message Security Intelligent Wireless Network IP Network Transport Network Internet Wireline Network Access Wireline Data Wireless Wireline Data Wireless Terminal 기존 망 개념 All IP 망 개념

5. ALL 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 IP서비스 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

7. ALL IP 망 요소 및 프로토콜 • Media Gateway (MGW) • 사용자 트래픽에 대한 물리적 교환/전달 제어 및 변환 수행 • Media Gateway Controller의 제어에 따라 동작 수행 • 중계선 정합장치, Vocoder, Echo canceller, Tone source, Announcement 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 Controller의 제어에 따라 동작 수행 • Media Gateway Controller (MGC) • MGW, AGW의 미디어 채널 연결제어와 관련된 Call State 제어 • Call Agent, MSC Server 등이 Media Gateway Controller 기능을 수행

8. ALL IP 망 요소 및 프로토콜 • MSC Server • 이동 All IP 망에서 Call Control 및 Mobility Control에 해당하는 기능 수행 • MGW, AGW의 미디어 채널을 위한 연결제어와 관련된 Call State 제어 • 기존 PSTN/PLMN과 SGW를 경유한 연동 수행 • Signaling Gateway Function (SGW) • All IP 망과 Legacy 망 사이의 SS7 신호의 변환 수행

9. ALL 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 Gateway와 Media Gateway Controller 간의 프로토콜 • IETF MEGACO Working Group에서 제정 • IETF에서는 MEGACOP, ITU-T에서는 H.248로 명명 • MGCP(Media Gateway Control Protocol, IETF RFC 2805)에서 진화함 • SIGTRAN • No.7 및 ISDN Signaling을 IP Transport로 전달할 수 있도록 한 프로토콜 • IETF SIGTRAN Working Group에서 제정 • SIP • IETF RFC2543 Session Initiation Protocol • IP Multimedia 환경에서의 Session 제어와 이동성 관리 기능 수행

10. ALL 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 Stamp를 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 Stack을 주로 사용함. • Connection path 내에서 Reservation을 하거나 QoS를 보장하지는 않음. • RTCP (Real-time Transport Control Protocol) • RTP에 의한 실시간 사용자 사용자 데이터 전달이 원활하도록 망 내에서 상대 시스템과 제어 정보를 주고받음

11. ALL IP 망 요소 및 프로토콜 • SIGTRAN • Legacy 망의 No.7 및 ISDN Signaling을 IP Transport로 전달할 수 있도록 한 프로토콜 • SCTP (Stream Control Transmission Protocol) - SIGTRAN용 Transport Layer 프로토콜 • M3UA (MTP-3 User Adaptation) • Legacy 망의 MTP Level 3에 해당하는 adaptation protocol • SUA (SCCP User Adaptation) - Legacy 망의 SCCP에 해당하는 adaptation protocol • IUA(ISDN User Adaptation) - Legacy 망의 ISDN Q.921에 해당하는 adaptation protocol M3UA SUA IUA SCTP SCTP SCTP IP IP IP

12. ALL IP 망 요소 및 프로토콜 • MEGACOP / H.248 • Media Gateway Controller가 Media Gateway를 control할 때 사용하는 프로토콜 • Termination - stream에 대한 발신지(source) 혹은 착신지(sink)를 MGW 내에서 표현하기 위한 논리적 객체 • Context - MGW 내에서 Termination들 간의 연관 관계를 규정함. 즉 어느 Termination에서 어느 Termination으로 어떤 priority로 media가 흘러가는가를 규정함. • Media Gateway Controller는 MEGACOP의 command를 사용하여 MGW에 있는 Context를 생성, 삭제, 변경하여 Termination 간의 관계를 규정함으로써 media channel을 제어한다.

13. ALL IP 망 요소 및 프로토콜 • SIP (Session Initiation Protocol) • Multimedia session/call을 설정, 변경, 종료하는 절차를 제어하기 위한 application layer 프로토콜 • Session - 발신자(senders)와 수신자(receivers)들 및 그 발신자와 수신자들 사이의 multimedia data stream들의 흐름으로 구성된 한 집합(set) • Text 형식의 message를 사용 (HTTP와 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 : session으로의 초대, session 파라미터의 변경에 사용 • ACK : INVITE에 대한 최종 응답을 수신했음을 확인해 줌 • BYE : session 참여의 종료 • REGISTER : SIP Server에게 현재 위치를 등록

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

15. EDGE EGPRS 이동통신망 진화 GSM GPRS TDMA WCDMA All IP cdmaOne (IS-95A) cdmaOne (IS-95B) cdma2000 (1x EV-DV) cdma2000 (1x) CDMA cdma2000 (1x EV-DO) cdma2000 (3x) 2nd Generation 3rd Generation All-IP

16. 3GPP Release ’99 3GPP Release 4 3GPP Release 5 6 11 18 16 1 2 3 4 5 7 15 13 17 12 14 10 이동통신망 진화 – 3GPP ? 3GPP Release 6 Versions of 3GPP Release 5 Versions of 3GPP Release 4 Versions of 3GPP Release’99 3GPP TSGs Plenary Meetings 8 9 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 1998 1999 2000 2001 2002 2003

17. 이동통신망 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/GPRS 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 interworking, etc.

18. 이동통신망 진화 – 3GPP(Rel99) Application & Services Data Transfer & Signaling Interface Signaling Interface SCP • SCP : Service Control Point • SGSN : Serving GPRS Support Node • GGSN : Gateway GPRS Support Node HLR PSTN PCM N-No.7 Node-B RNC AAL2 IuCS Legacy Mobile Network PCM N-No.7 GMSC MSC IuPS Node-B Internet GGSN IP Backbone Network SGSN

19. 이동통신망 진화 – 3GPP (R4-통합형) • Rel-99 MSC 시스템의 S/W Upgrade를 통한 R4 통합형 시스템으로 Migration • 망 구조의 변화 없이 R4 Feature를 안정적으로 서비스 Application & Services Data Transfer & Signaling Interface Signaling Interface SCP • SCP : Service Control Point • SGSN : Serving GPRS Support Node • GGSN : Gateway GPRS Support Node HLR PSTN PCM N-No.7 RNC IuCS Node-B AAL2 Legacy Mobile Network PCM N-No.7 GMSC MSC IuPS Node-B GGSN IP Backbone Network Internet SGSN

20. ATM Backbone Network 이동통신망 진화 – 3GPP(R4-분리형) • 통합형 MSC를 MSC Server와 Media Gateway로 분리 • MSC Server와 Media Gateway는 ATM 또는 IP Backbone으로 연결 • IP Backbone 및 관련 장비의 신뢰성 전제 필요 Data Transfer & Signaling Interface Signaling Interface Application & Services • SCP : Service Control Point • SGSN : Serving GPRS Support Node • GGSN : Gateway GPRS Support Node SCP GMSC Server HLR MSC Server PSTN PCM N-No.7 RNC IuCS Node-B AAL2 Legacy Mobile Network PCM N-No.7 MGW/SGW MGW IuPS Node-B Internet IP Backbone Network GGSN SGSN

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

22. Internet PSTN/LMSD 이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP • MSC Server : Mobile Switching Center Server • PSTN : Public Switched Telephone Network • RNC : Radio Network Controller • SGSN : Serving GPRS Support Node • SGW : Signaling Gateway • 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 IP Multimedia Subsystem SGSN HSS CSCF/MGCF MRFC/MRFP Node-B IP MS Node-B RNC GGSN CS-MGW/SGW IMS-MGW/SGW MSC Server PS Domain CS Domain

23. 이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP • R-5 기능별 망 구성도 Legacy mobile signaling Alternative Applications & Network Access Services *) IP Multimedia CSCF Network Networks SCP C,D, Gc,Gr Mw Mm SLF CAP Mk Gi Mb Dx Mi Cx PS Domain BGCF IP Multimedia Subsystem HSS *) CSCF Mg Mj Gr Mr Go MGCF EIR MRFC MRFP Gf Gc Mp Iu-PS Mb Mn PSTN TE MT BSS/ GERAN IMS-MGW GGSN SGSN A Gb R Um Gn Iu-PS PSTN Iu-CS PSTN/ CS-MGW CS-MGW Legacy/External TE MT RNS A Nb R Uu Iu-CS Gs Mc Mc PSTN Nc MSC server GMSC server CAP D C CS Domain CAP Applications HSS *) & Services *) *) those elements are duplicated for figure Signalling Interface layout purpose only, they belong to the same Signalling and Data Transfer Interface logical element in the reference model

24. RNC RRM Concentrator Concentrator 이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP • IP-RAN Hierarchical IP Transport IP RAN • IP routing • IP transport • point-to-point Node B Link • Node B re-parenting RNC • Signalling/bearer separation • Distributed RRM • point-to-point ATM • concentration R99 R5 R6? Iu Iu Iu RNCS SDU RNC RRM1 RRM IP Network IP Network SDU RNCS Aggregation RRM1 Router Router Iub Bearer Iub Iub Iub Router Signalling Router Iub Iub RRM2 RRM2 • RRM : Radio Resource Manager

25. Internet PSTN/LMSD 이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP2 • AAA : Authentication, authorization, and accounting • AGW : Access Gateway • BSC : Base Station Controller • BTS : Base Transceiver Station • MRF : Multimedia Resource Function • SCM : Session Control Manager Database AGW SCM/MGCF MRF BTS IP AAA MS BTS Border Router BSC MGW Home Agent MSC Server Packet Domain Circuit Domain

26. Application Databases Service Application EIR DSI Sub Poli 2 5 6 Service 8 Subscription QoS Manager Network Capability Gateway 11 MAP 41 & GSM PSTN IP Network 14 10 Control 1 9 12 Position Server AAA 4 Session Control Manager 17 16 15 24 Transport 20 21 Media Gateway Control 26 23 Core QoS Manager 18 3 29 Position Determining Entity 28 27 30 MRFC 19 Access Gateway FA/ Attendant Media Gateway 34 33 25 Access Net. 31 32 MRFP BSC + PCF BTS 36 35 38 37 40 22 Mobile IP Home Agent Border Router 43 42 Other Access Networks 44 41 45 47 39 MS Legacy MS Domain Support 46 Signaling-Control 48 HLRe MSCe SCPe Bearer Radio 이동통신 ALL IP 망 구조 – 3GPP2 • Network Architecture Model 1.2.0

27. 이동통신 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 Handling) 기능 수행 • Media Gateway Control Function (MGCF) • IP Multimedia 서비스에서의 MGW의 미디어 채널을 위한 연결제어와 관련된 Call State 제어 • Legacy 망으로부터의 incoming call에 대해 routing no.에 따라서 CSCF 선택 • Legacy 망과 R5 망 사이의 호 제어 protocol에 대한 conversion 수행 • Breakout Gateway Control Function (BGCF) • PSTN으로 breakout하기 위한 network 및 MGCF를 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

28. 이동통신 ALL IP 망 구조 • Media Gateway function (MGW) • PSTN 및 Legacy PLMN과의 사용자 데이터 종단 기능 • MSC Server, MGCF와 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) • MRFP의 자원들을 제어함 • Application Server 및 CSCF가 주는 정보를 번역하고 그에 따라 MRFP 제어 • CDR 발행 • Multimedia Resource Function Processor (MRFP) • multiparty call을 위하여 media stream을 mixing함 • multimedia announcements 등을 송신함 • audio transcoding, media analysis 등을 수행함

29. Node-B Node-B 이동통신 ALL IP 망 구조 • 3GPP R5 Data Transfer & Signaling Interface Signaling Interface • MCS : Multimedia Control Server • CSCF : Call State Control Function • MGCF : Media Gateway Control Function • HSS : Home Subscriber Server • MRF : Multimedia Resource Function Application & Services Application Servers SCP MGCF CSCF HSS Multimedia IP Network RNC IuPS SGSN MRF GGSN IuCS Legacy Mobile Network IP Backbone Network PCM PSTN PCM MGW MGW/SGW GMSC Server MSC Server

30. 이동통신 ALL IP 망 구조 • 3GPP2 CDMA2000 기반 - Phase I • IP voice transport in Legacy MS Domain (LMSD) • Efficiency through IP transport • Wireless CA, MGW Data Transfer & Signaling Interface Signaling Interface Wireless Call Agent (MSC Server) Legacy Mobile Network / PDSN IP Backbone Network BSC MGW MGW BTS SGW Packet Data Network BSC BTS BTS PDSN BSC PDSN

31. BTS BTS 이동통신 ALL IP 망 구조 • 3GPP2 CDMA2000 기반 - Phase I • Multimedia services in full IP architecture DATABASE Subscription Profile/ EIR / DSI / NW Policy Rules User Data Transfer & Signaling Interface Signaling Interface Application & Services Multimedia IP Network Multimedia Control Server AAA BTS Position Service Border Router BSC MRF BTS HA IP Backbone Network Legacy Mobile Network / PDSN SGW IP RAN AGW MGW MGW MGW BSC Wireless Call Agent

32. 이동통신 ALL IP 망 구조 • 동기/비동기 Harmonization – IP Core Network Harmonization RNC BSC GGSN Access Gateway IP Network SGSN MSC Server MSC Server MGW AAA MGW HSS MRF Application Server Harmonization of IMS CSCF/ MGCF

33. Mb/36/38 PDN IP Core Network Multi-media Session Domain (IMS) Mb/42 MGW MRFP Mb/34 Mb/33 Mb/32/37 Control PSTN / PLMN Mc/30 Mk/tbd Mp/25 Mm/tbd Bearer Mj/17 MRFC Blue = 3GPP definition Red = 3GPP2 definition Black = Common definition Green = Not Common BGCF MGCF Mr/24 PSTN/26 Mi/ee Mg/17 Packet Data Subsystem Mw/ dd/ff Go/28 CSCF PDF  OSA-AS OSA-SCS ISC/12 OSA 23 Cx/16 SIP-AS Home Subscriber Server  AAA Sh/7/11 UA 4 3 Radio Access Network Databases 이동통신 ALL IP 망 구조 • 동기/비동기 Harmonization – Common 3GPP/3GPP2 Harmonization Reference Model (HRM) • 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

34. 이동통신 ALL IP 망 구조 • 동기/비동기 Harmonization • Focus • Access network에 독립적 (e.g. WCDMA / CDMA2000 / WLAN) • 공통 network architecture • 3GPP와 3GPP2 사이의 roaming • Agreement • OSA/PARLAY 기반 API와 IMS (IP Core Network Multimedia Session Domain)의 harmonization에 우선순위를 둠 • 3GPP와 3GPP2 IMS mobile에 대한 상호 운용성 보장 • 단일화 된 IMS reference model • Application level intersystem IMS roaming • Recommendation • 3GPP2는 3GPP Release 5 IMS (IP Multimedia Subsystem)와 Parlay 3.1을 기본으로 활용할 것을 권장 • 3GPP와 3GPP2는 IETF에게 제공될 SIP extension 및 기타 issue들에 대한 요구사항에 대해 협력할 것을 권장 • 향후 공통된 mobility management 고려 예정

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

36. 결 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 Consensus가 형성되어 있으나, 세부적인 추진 전략에 대해서는 다양한 견해가 존재함.