2. 4G 구조(LTE) 구조

본 장은 아래와 같은 인덱스에 의해 작성된 글임

- https://war2house-goodbye.tistory.com/24

0. 인덱스

1. 세대 개요

 3G, 4G, 5G에서의 G는 세대(Generation)를 의미한다. 각 세대별로 규격을 정하기 위해 표준을 제정하는데, 4G 표준의 이름은 LTE(Long Term Evolution)이고, 5G는 NR(New Radio)라는 이름을 가진다.

 

2. 4G 아키텍처 

 4G 구조는 다음과 같다.

 이전 이동통신 개요에 빗대서 설명하자면 UE - E_UTRAN - EPC - PDN으로 이해할 수 있다.

 각 구성요소간의 연결은 인터페이스를 통해 이뤄진다. 예를들어 UE - eNB는 LTE-Uu 인터페이스를 통해 연결된다.

 

 1) E-UTRAN

  eNB(evolved NodeB)는 기지국으로 이해할 수 있다.

 2) EPC

  기존과 같다.

  - S-GW : 단말의 이동성과 상태를 관리하는 역할을 한다. MME(Mobile Management Entity)를 통해 상태를 관리. 여기서 상태란 RRC_IDLE, RRC_Connected을 의미한다. 이는 페이징, RRC 상태 관련 검색어로 자료를 찾아볼 수 있다.

  - P-GW : 단말의 서비스 처리를 돕는다. 

 

3. LTE 차이점

 기본적인 통신 내용은 굵직하게 봄으로써 대부분 비슷하지만, LTE의 가장 큰 차이점은 1) 베어러와 2)QoS관련 기지국의 역할이 다르다.

 

 1) 베어러

  베어러(Bearer)란 무선자원을 할당하는 방식을 의미한다. 정확한 말은 아닌데, 이전 세대에서는 무선자원을 할당하기 위해 1:1 연결 느낌으로 해당 단말의 전용 채널을 할당(DCH, Dedicated CHannel)하는 방식으로 연결을 했다. 이 방식의 단점은 자원을 할당하는데 많은 시간과 비용이 걸린다는 점이다.

Fig2. 통신 과정, 자원할당 관점

  정확히 무슨말이냐면, 통신을 하기 위해 무선자원이 할당돼야하는데 이 자원을 할당받기 위해서는 요청, (임시)공유자원을 통해 전용자원을 요청하고, 전용자원이 할당되면 통신을 하는 방식으로 이루어진다. 물론 반드시 전용자원으로만 통신을 하지 않지만, 설명의 편의를 위해서 이렇게 설정했다.

  이때 전용자원을 할당받는 과정에서 시간이 많이들고 공유자원을 사용하는 등 돈이 많이드는데, 핸드오버를 위해 자원을 재할당한다면 그만큼 더 시간이 들어 서비스 제공에 장애가 생길 수 있다. 핸드오버란 A 기지국이 관리할 수 있는 범위를 벗어나서 다른 기지국(B)으로 이동할 때 서비스가 끊기지 않도록 바로 B에서 자원을 할당해 단말과 연결하는 모바일 관리를 의미한다. 이 과정이 상당히 복잡한데, 베어러를 이용하면 이를 해결할 수 있다. 베어러는 터널을 만들어서 단말과 인터넷을 연결하고, 핸드오버가 발생하면 단순히 터널의 연결을 옮겨 줌으로써 서비스를 계속 이어가는 개념을 의미한다. 이전 할당과 매우 큰 차이점은 새로운 자원을 받는것이 아니라 기존 자원을 옮기는 개념이 도입됐다는 점이다. 이로인해 시간과 자원을 매우 절약할 수 있다.

 

 2) QoS 관련 기지국 역할

  두번째로 큰 특징은 QoS를 보장하기 위해 기지국이 능동적으로 단말을 관리하는 내용이다.

  QoS에 대해서 심도있게 연구를 하지 못해서 언급하는 내용이 정확한 내용인지는 모르겠는데, 핵심은 기지국이 재전송, 오류 탐지등을 코어단까지 올릴 필요없이 기지국에서 능동적으로 처리함으로써 서비스 지연시간을 줄인다는 점이 핵심이다.

Fig3. 기지국 역할 변화

  QoS란 Quility of Service인데, 간단히 말해서 서비스를 제공하기 위해 구성요소가 해야하는 지침 같은 역할이다. 네트워크의 가장 큰 특징 중 하나는 신뢰성인데, 패킷이 전달되다가 중간에 사라지면 제 역할을 못하는 것이기 때문에 이를 방지하기 위해 신뢰성을 도입해서 데이터의 내용과 순서가 온전히 전달되도록 관리할 필요가 있다.

  기존의 기지국은 단순히 무선으로 연결하고 코어망에 의해 관리되어 무선자원을 할당하는 역할을 했다. 이때 오류가 발생하면 코어단까지 올라가서 오류가 발생했으므로 재전송을 하는 기능(주황색 선)이 상당히 늦게 진행된다. 그러면 그만큼 서비스하는데 걸리는 시간이 늘어나는 것을 의미한다. 반면 LTE에서는 기지국이 능동적으로 이런 처리를 함으로써 사용자의 체감시간이 더 빨라진다.

 

4. 결론

 3G(UTMS)와 4G(LTE)의 차이점은 여러 가지가있으나, 5G에 대해서 이해하기 위해서 베어러와 기지국에서 능동적으로 처리하는 역할에 대해서 언급했다. 이 점은 5G의 네트워크 슬라이싱과 MEC에 대해서 이해하기위해 필요하다고 생각해 언급한 부분이다. 본 글에서 설명하는 내용은 기본도 안되는 간단히 언급하는 내용이므로, 정확히 베어러를 설정하고, 기지국이 처리하는 통신 과정에 대해서는 직접 찾아보면서 공부하는 것을 추천한다.

 

5. 인용 사이트

[1] - 넷마니아즈, https://www.netmanias.com/