[LTE] 베어러(Bearers)

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데이터

 

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시그널링

 

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EPS 베어러란 UE가 인터넷을 사용하기 위해 {UE - eNB - S-GW - P-GW} 구간에서 생성되는 논리적인 터널(GTP 터널)이다. 사용자 트래픽이 이를 통해서 전송된다. LTE 전달망에서 session(들)을 실어나르는 파이프이다. (IP 패킷을 실어나르는 파이프) LTE는 QCI에 따라 다른 EPS 베어러를 사용한다.

 

GTP tunnel은 위의 그림과 같이 eNB와 S-GW 그리고 S-GW와 P-GW간에 형성된다. UE가 하나의 동일한 SGW, PGW에 접속되어 있다면 UE 각각 마다 GTP tunnel이 생성되게 됨.

GTP-U 터널이라고 "U"를 붙인건 User Plane의 약자로 즉 사용자 데이터가 흐르는 것을 의미합니다. 사용자(UE) 데이터가 아닌 Control(signaling) 패킷 송수신을 위한 터널은 GTP-C 터널이라고 한다.

 

Session과 베어러의 차이점

Session은 사용자 트래픽(a IP flow)을 말하고, bearer는 사용자 트래픽(IP flow)이 LTE 전달망 (UE와 P-GW 간)을 지나갈 때 사용하는 전송경로를 말합니다. 

사용자 트래픽을 바라볼 때, session은 누가 무슨 서비스를 사용하나를 바라보는 거고 bearer는 LTE 망에서 어떻게 전달되나를 바라보는 겁니다. 

베어러는 사용자 트래픽을 "어디로 잘 전달해줄까?" 만 신경쓰지, "누가 어떤 서비스를 이용하지?"는 신경쓰지 않습니다. 그래서 사용자 트래픽이 베어러 상에서 전송될 때는 사용자 IP 주소가 안보이고 실어나르는 파이프인 채널(DRB)의 ID나 GTP 터널(S1 bearer, S5 bearer)의 IP 주소만 보입니다.

 
P-GW(or UE)에 도달하면 같은 베어러에 실려온 session들이 드디어 모습을 드러내고 session별로 처리됩니다. 
(A, B, C가 서울역에서 부산역까지 KTX 타고 가는 경우, 철길은 전달망, KTX는 베어러, A, B, C는 session) 

 

Default EPS Bearer

• 단말(UE)이 LTE망에 접속하면 무조건 하나의 EPS Bearer가 생성되어야 하며, 이 Bearer를 "Default EPS Bearer"라고 합니다. 그리고 이 Bearer는 UE가 망에서 빠져나오기(Detach) 전까지 유지됩니다.
• Default EPS Bearer의 QoS 특성은 Non-GBR(Non-Guaranteed Bit Rate) 입니다. 즉, Best Effort (품질을 보장할 수 없는) 특성을 가집니다.
• QCI 5에 관한 베어러

Dedicated EPS Bearer

• Default EPS Bearer가 생성된 후에 추가적으로 필요시 생성되는 Bearer를 Dedicated EPS Bearer라고 합니다. 예를 들어, 처음 LTE 망에서 접속한 UE는 Internet용으로 Default EPS Bearer만 생성이 됩니다. 그런데 이후 UE가 Voice(VoIP) 서비스를 사용하려 합니다. 그리고 이 Voice 서비스는 Internet 서비스에 비해 QoS 품질이 좋아야 하므로 Internet용 Default EPS Bearer를 통해 서비스가 될 수 없습니다. 따라서 이 경우, On-demand로 Voice용 Dedicated EPS Bearer가 생성될 수 있습니다.
• Dedicated EPS Bearer는 GBR로 생성될 수도 있고, Non-GBR로 생성될 수도 있습니다. 위의 예와 같이 Voice를 위한 Dedicated EPS Bearer라면 GBR로 생성이 되어야 QoS 품질을 보장 받을 수 있을 것입니다.

 

EPS Bearer는 UE와 P-GW간에 생성되는 터널로써, 이 터널(EPS Bearer)을 통해 다양한 종류의 트래픽(5-tuple로 구분되는 트래픽)이 지나 다니게 됩니다. 이 다양한 종류의 트래픽을 IP flow라고 부르고, 이 IP flow는 패킷의 5-tuple (Source IP, Destination IP, Protocol ID, Source Port, Destination Port)로 구분됩니다. 예를 들자면, 어떤 UE가 네이버에 접속을 한다면 5-tuple은 아래와 같게 될 것이고 이 트래픽이 하나의 IP flow로 정의 되는 것입니다.

 

• Source IP = UE IP 주소
• Destination IP = 네이버 서버 IP 주소
• Protocol ID = 6 (TCP를 의미함)
• Source Port = Random number (Ephemeral port number)
• Destination Port = 80 (WWW을 의미함)

IP Flow와 SDF(Service Data Flow)

 

그렇다면 하나의 UE가 사용하는 응용(서비스)에 따라(송수신하는 트래픽에 따라), 매우 많은 개수의 IP flow들이 존재하게 될 것인데요(네이버 접속, 다음 접속, 카톡, 게임, VoIP, YouTube 등등). 이 IP flow들은 P-GW의 5-tuple 기반의 classifier(일반 유선 장비의 ACL이라고 보시면 됨)에 의해서 SDF(Service Data Flow)로 매핑이 됩니다. 이 5-tuple 기반의 classifier를 LTE에서는 SDF Template이라고 부릅니다. 이렇게 여러개의 IP flow들이 각각 5-tuple 기반으로 분류되어 SDF로 매핑이 되면, 이제 P-GW는 SDF 별로 QoS를 처리하고(QoS 처리 방법은 다음 시간에...) 그 SDF가 EPS Bearer로 매핑이 되어 UE까지 전달되게 됩니다.

P-GW에서 SDF별로 QoS 처리가 된 후 ESP Bearer로 매핑이 되면, P-GW에서 UE까지는 SDF가 보이지 않고 EPS Bearer 단위로 QoS 처리가 됩니다.

 

Signaling Radio Bearer(SRB)

Radio Bearer은 2계층(L1, L2, L3,,) 이하에서 그 상위계층에서 제공하는 서비스이다.

사용자 데이터를 전송하는 일반적인 Radio Bearer와의 구분을 위해, Control Plane 데이터의 전송을 위한 Radio Bearer를 Signaling Radio Bearer(SRB)라 한다. RRC(Radio Resource Control)와 NAS signaling messages를 전송한다.

DCCH 시그널링 데이터를 전송한다.

아래 그림과 같이 Layer2와 Layer3사이에 존재한다.

 

 

RRC : UE와 eNB간 Signaling meesage.

NAS(Non-access stratum) : UE와 MME간 Signaling meesage. 

 

NAS Signaling Connection

UE가 네트워크에 접속할 때, 그것은 signalling connection을 확립할 필요가 있다.
NAS Signaling Connection은 UE와 MME 사이의 control plane연결이다.

eNB와 UE가 무선통신(access)을 하기때문에 UE와 MME간 통신이여서 Non-access라고 하는것.

 

사용자는 UE와 MME 간 NAS 시그널링을 이용하여 망과 제어 신호를 주고 받으며 망에 접속하고 어느 장소로 이동을 하든 서비스를 이용할 수 있다. 
NAS 주요기능 :   EMM(EPS Mobility Management),   ESM(EPS Session Management) 
EMM 연결 관리 : ECM(EPS Connection Management) 에 의해 이루어진고 
ECM 연결 : RRC(Radio Ressource Control) + S1 시그널링 연결 

 

S1 Signalling Bearer

• S1-MME 인터페이스를 통한 S1-AP 메시지의 안정적인 전송 제공
• 네트워킹 및 라우팅 기능 제공
• 시그널링 네트워크에서 이중화 제공
• 흐름 제어 및 혼잡 제어 지원
• data link layer protocol(L2)

 

출처

https://www.netmanias.com/ko/post/blog/5380/eps-bearer-lte-qos/lte-qos-part-1-eps-bearer-and-sdf

LTE QoS (1편) - EPS Bearer와 SDF

https://zondigy.tistory.com/162

[LTE] bearer & session

https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=blog&no=5351

LTE의 GTP 터널 소개 I

https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=blog&no=5362

LTE의 GTP 터널 소개 II

https://blog.naver.com/kiju7477/220561237349

LTE EMM and ECM States