5GC System Architecture

이번 글부터는 5GC의 전체적인 구조도부터 시작해서, 구조도를 이루는 각 NF들이 어떤 역할을 하는지에 대해 다룬다. 일단 큰 그림의 System Architecture부터 보도록 하자.

  

5GC의 System Architecture (SA)

 

5G System Architecture

 위 그림이 5G 네트워크의 전체적인 구조도다. 이전까지 정리했던 부분은 UE와 NG-RAN이었고, 그 뒤를 연결하는 Core Network에 이렇게 많은 네트워크 기능들이 있다. 하지만, NG-RAN처럼 자원할당이나 물리적 채널 상태확인 같은 역할을 직접 수행하지는 않기 때문에, 개념적으로는 더 받아들이기 쉬울 것이라 생각한다. 크게 보면, 위쪽에 있는 C-Plane에서 UE의 Mobility, Authentication 같은 기능을하고, U-Plane인 UPF를 통해 서버망과 연결된다. 

각 기능들을 Network Function (NF)라 하고, 각 NF들은 서로 데이터를 주고 받는 상호작용 (interaction)을 하기 때문에, 각 Interface의 이름을 붙여놓았다. 이제부터 NF들의 기능들을 하나씩 알아보도록 하자. 직접적으로 UE/NR-RAN과 연결된 AMF부터 하나씩 뜯어보도록 한다.

  

Access and Mobility Management function (AMF) 

AMF는 구조도의 가장 가운데 위치한 것에서 알 수 있듯이 상당히 다양하고 중요한 역할을 한다. 그 중 몇 가지를 소개한다. AMF는 UE가 Network에 Access하기 위한 Non-Access Stratum (NAS)메시지의 통로 역할, UE의 인증절차, Mobility Management 등 UE가 Core Network와 소통하기 위한 관문 역할을 한다. 그 중 몇 가지에 대해 간단하게 알아본다.

 

1. NAS Signal의 통로

 UE와 Core Network (CN)간에 필요한 데이터를 주고 받는 NAS signal의 보안 기능 및 CN로 가능 통로 역할을 한다. NAS signal의 보안 기능은 Ciphering 과 Integrity Protection이 있다. Ciphering은 데이터를 ‘암호화’하는 과정이고 Integrity protection은 이 데이터가 중간에 '변조되지 않았음'을 확인해주는 과정이다. 

 

2. UE 인증절차 (Authentication)

UE가 Network에 접속하기 위한 UE의 인증절차를 진행한다.

 

3. Mobility Management

 Vehicle 같은 이동체는 UE가 멈춰있지 않고 움직이는데, AMF가 UE의 Mobility를 관리한다. 즉, 이동에 따른 Handover도 관리한다. Handover는 기지국의 Coverage를 넘어서 다른 기지국의 관할로 들어갈 때 끊김없이 통신 서비스를 제공해주기 위한 기술이다.

 

4. UE가 Idle Mode일 때, 접근성(Reachable) Management

UE가 Idle Mode일 때, 네트워크에 접속하도록 요청하는 Paging의 기능을 담당한다. CN은 UE의 Mode에 따라서 UE가 어느 범위에 있는지 위치 추적을 할 수 있기 때문에, 이를 기반으로 RAN 또는 CN에서 직접 Paging을 진행한다.

  

Session Management Function (SMF)

 SMF는 Session을 Management한다고 써 있어서 Session의 설명을 찾아보니 ‘논리적 연결’이라는 추상적인 설명이 대부분이었다. 

cf) Session은 ‘연결을 종료할 때까지 같은 사용자가 이용한 정보들을 유지시키는 기술’이라는 설명이 가장 깔끔했다. 같은 사용자가 특정 요청을 보냈는데, 매번 새로운 느낌으로 데이터를 제공하면 시간적으로도 비효율적일 것이다. 이를 방지하기 위해 필요한 사용자 정보들을 저장해놓는 기술이다. 우리가 말하는 ‘쿠키’와 상당히 유사한 점이 있는 것 같은데, ‘쿠키’는 사용자의 컴퓨터에, ‘세션’은 서버에 저장한다는 차이가 있다.

 사용자의 정보인 Session을 SMF에서 관리하는데, UE와 SMF 사이의 Signaling은 AMF와의 Bus를 통해서 가능하다. 그리고, 위에 설명한 바와 같이 UE의 이용 정보들을 관리하기 때문에 UPF와도 밀접한 관련이 있고, Interface도 별도로 연결되어 있다. 4G까지는 AMF와 SMF 두 가지 기능을 MME라는 하나의 NF에서 담당했지만 5G로 넘어오면서 두개의 NF로 분리하게 되었다.

 

5GC의 큰 그림과 AMF/SMF를 알아봤는데, Core Network에도 상당히 많은 Parameter와 protocol들이 있다. 이에 대한 표준문서 정리를 이어서 할 예정이다.

 

Reference

[1] 3GPP TS 23.501 version 15.2.0 Release 15, June 2018

[2] "5G 이동성 관리 기술", 김준석, 김동명, 최성현, OSIA S&TR Journal, Vol.29, No.4, December 2016