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해우 손
6 years ago
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1 3GPP/MBMS 개요 2006 년 8 월 경북대학교통신프로토콜연구실 박재성 (knucsid@gmail.com) 요약 이문서는 3GPP의 MBMS에관한개요를정리한다. MBMS는 3GPP에서개발중인 Multimedia Broadcast/Multicast Service 표준으로써데이터패킷을다수의사용자들에게동시에전송하는서비스이고멀티미디어데이터전송을목적으로하고있다. 그리고 IP 멀티캐스트기반으로사용된다. MBMS의기본적인개념, 요구사항, 구조에대해서기술하고있다. 목 차 1. 서론 MBMS 동작방식 브로드캐스트방식 요구사항 브로드캐스트방식 멀티캐스트방식 MBMS 구조 MBMS 서비스과정 보안과과금 결론...10 참고문헌

2 1. 서론 1999년의욕적으로시작되었던 IMT-2000 표준화작업이 2000년 Rel99이완성되고빠른시일안에상용화가시작될것으로기대를모았던 3G 서비스가 2G와 3G간의차별화를위한 Key application에대한부재로인하여지연되고있다. 3G 서비스의 Key application으로고려되었던멀티미디어서비스가높은가격으로경쟁력이떨어지고있다는판단하에 2G와의차별화와가격경쟁력에서의우위를차지하기위하여고려되고있는것이멀티미디어데이터의브로드캐스트기술과멀티캐스트기술이다. MBMS는 Multimedia Broadcast / Multicast Service 로써기존의 CBS(Cell Broadcast Service) 와동일하게데이터패킷을다수의사용자들에게동시에전송하는서비스이다. 그러나 CBS는저속의메시지기반서비스이지만 MBMS는고속의멀티미디어데이터전송을목적으로하고있다. 또한 CBS는 IP 기반이아니지만 MBMS는 IP 멀티캐스트기반으로이루어진다는차이점이있다. 일정수준의사용자가동일한셀에존재하는경우각사용자로전송하는경우필요한자원을공유하게함으로써다수의사용자가동일한멀티미디어데이터를수신하도록하여자원의효율을높이고사용자입장에서는멀티미디어서비스를값싸게이용할수있도록하는것이 MBMS의장점이다. 2. MBMS 동작방식 MBMS의동작방식에는 2가지가있다. 2가지방식이란브로드캐스트방식과멀티캐스트방식을말한다. 브로드캐스트방식은하나의송신자가같은서브네트웍상의모든수신자에게데이터를전송하는방식이고멀티캐스트방식은하나이상의송신자들이특정한하나이상의수신자들에게데이터를전송하는방식이다. 2.1 브로드캐스트방식사용자의요구와는무관하게사업자가결정한일정지역에멀티미디어데이터를전송하고데이터수신이가능한사용자는멀티미디어데이터를수신함으로써서비스를제공받는다. 이경우사용자는데이터수신에따르는비용을지불하지않으며필요한경우데이터전송을요구하는컨텐츠프로바이더가비용을지불하는방식이다. 특정광고등이예가될수있다. 그림 1은다양한고속서비스를사용자에게브로드캐스트하기위해어떻게전달하는지설명한것이다. 2

3 그림 1. MBMS 의브로드캐스트동작방식 2.2 브로드캐스트방식과는달리사용자의과금과관련되며따라서사용자는멀티미디어데이터를수신하고자하는의사를망에전달해야한다. 사용자가특정서비스에대한과금을지불여부를확인해야하고그룹가입과탈퇴를할수있어야한다. 그리고사용자가위치하고있는지역으로만데이터를전송하는알고리즘이요구된다. 그림 2. MBMS 의멀티캐스트동작방식 3

4 3. 요구사항브로드캐스트방식과멀티캐스트방식의요구사항은유사하다. 다만브로드캐스트방식의요구사항에멀티캐스트방식의요구사항인 Multicast Subscription Groups and Multicast Groups가추가된것으로생각하면된다. 3.1 브로드캐스트방식 1) Home Environment Requirement - Broadcast Service - Quality of Service - Network and Radio Efficiency - Types of Data Service - Source of Data Service - Broadcast Service Announcements 2) User Requirement - User Mobility - User Selectivity 3.2 멀티캐스트방식 1) Home Environment Requirement - Multicast Service - Multicast Subscription Groups and Multicast Groups - Quality of Service - Network and Radio Efficiency - Types of Data Service - Source of Data Service - Multicast Service Announcements 2) User Requirement - User Mobility - User Selectivity - Multicast Subscription Groups and Multicast Groups 4

5 4. MBMS 구조여러사용자는같은데이터를동시에동일한링크를통해전송받게된다. SGSN에서는멀티캐스트 / 브로트캐스트메시지를전송받을 Node B나 UE의수에관계없이 RNC에메시지를한번만전송하게된다. 무선구간에서도마찬가지로같은데이터를수신할여러사용자들에게는공용채널을통해데이터를전송하도록하여무선구간에서의전송횟수를최소화한다. MBMS 서비스를제공하기위해 CSE(CAMEL Service Environment) 와 BM-SC가추진되었으며 BM-SC는 GGSN과연결된다. 또한기존의셀브로드캐스트서비스를제공하는 CBC(cell Broadcast Center) 와연결하고서비스를통합하는것도가능하다. 그림 3. MBMS 를위한망구조참조모델 BM-SC는서비스를공급하거나전달하는기능을제공한다. 컨텐츠프로바이더를위한것으로써 PLMN 안에서 MBMS transmissions, MBMS Bearer 서비스에대한권한을주거나개시를할수있게한다. 그리고스케줄을조정하고 MBMS transmission을전달할수있다. Gmb 인터페이스는 GGSN과 BM-SC 사이에 MBMS 서비스관련시그널링과사용자관련시그널링을주고받는다. MBMS 서비스관련시그널링의경우 GGSN이 MBMS 관련베어러 context를설정및해제하고 BM-SC에등록및등록해제를수행하는과정과 BM-SC에서적절한 QoS 또는멀티캐스트영역을포함하는정보를 GGSN에주어 MBMS 서비스세션을개설하는과정을포함한다. 사용자관련시그널링은멀티캐스트서비스의가입또는참여를요청하는단말을 BM-SC에서인증하고 GGSN으로부터단말의현재멀티캐스트세션참여여부및과금관련정보를받기위해사용하게된다. GGSN은 GPRS 기간망과외부패킷데이터망간의접속기능을담당하는노드이다. SGSN으로부터오는 GPRS 패킷을적당한패킷데이터프로토콜형식 (PDP) 으로변환하여전송하고착신패킷데이터의 PDP 주소를수신자의 GSM 주소로변환하는기능을가지고있다. 또한 SGSN의위치레지스터에있는현사용자의 SGSN의주소와사용자프로파일을저장하고인증과요금부과기능도수행한다. 5

SGSN은개인 MS(Mobile Station) 을따라가서보안기능을하고통제한다. 또한 Iu 인터페이스의 RNC(Radio Network Controller) 에연결되어있는 UMTS 네트워크에존재한다. UTRAN/GERAN은 RNC 등으로구성되는 UMTS에서의접속망이다. ATM 기반이며, 단말과핵심망사이에위치하여데이터및제어정보를전달한다.

6 SGSN은개인 MS(Mobile Station) 을따라가서보안기능을하고통제한다. 또한 Iu 인터페이스의 RNC(Radio Network Controller) 에연결되어있는 UMTS 네트워크에존재한다. UTRAN/GERAN은 RNC 등으로구성되는 UMTS에서의접속망이다. ATM 기반이며, 단말과핵심망사이에위치하여데이터및제어정보를전달한다. 단말로향하는모든데이터가 UTRAN을경유하기때문에 QoS의보장은매우중요하다. 고속데이터의전송을위해 ATM 이채택되어있다. MBMS에서는 MBMS 데이터를지정된 MBMS 서비스지역에효율적으로전달하는역할을한다. 5. MBMS 서비스과정멀티캐스트방식은브로드캐스트방식과유사하나 Subscription, Joining, Leaving 3가지과정이더포함되어있다. 이것은멀티캐스트방식이브로드캐스트방식과는달리등록된사용자를대상으로서비스하기때문이다. < 그림 4> 는브로드캐스트와멀티캐스트방식의차이점을보여주고동작과정은아래와같다. 그림 4. 브로드캐스와멀티캐스트방식비교 1) Subscription 사용자의등록과정사용자는해당서비스를수신하기위한기본적인 Registration key 등을수신하는절차를수행하며 flat charging의경우, Registration 과정이과금을시작하는과정과연계될수있다. 사용자는 Subscription 과정을통하여 BM-SC 등의서버에해당서비스를받을수있는사용자로등록된다. 6

7 2) Service Announcement 서비스에대한정보를전송진행중이거나향후시작하게될서비스에대한정보를사용자들에게전송하는과정으로해당서비스의 ID(IP multicast address, APN address) 등과해당서비스의 QoS 등에대한정보를사용자들에게전달하는과정이다. 이과정은웹을이용하거나브로드캐스트또는 SMS 등을통하여가능하며자세한내용은표준에서다루고있지않다. 3) Joining 수신하고자하는사용자의의지를망에전달이미등록을마친사용자가 Service Announcement를통해수신한서비스정보에입각하여서비스수신하고자하는의사를망에전달하는과정으로해당서비스의 ID를 BM-SC에전달하여서비스가시작할경우또는이미서비스가시작된경우에해당서비스를수신하고망이데이터전송을준비할수있도록하는과정이다. Joining 단계를통해, 해당서비스에대한 Context는단말기가위치한지역의 SGSN에생성되고 Joining한 UE가있는 SGSN으로만데이터의전송이이루어진다. 4) Session Start 데이터의전송이시작되는경우이를알림해당서비스의데이터전송이준비가되었음을알리는단계로써 BM-SC는 GGSN, SGSN, RNC 에 MBMS Session Start 메시지를전송하여데이터의전송이임박했음을알리고필요한베어러를설정하는과정을시작하도록한다. 이때 Session Start는이미 joining한 UE가있는 SGSN으로만전송이되며, 필요한 QoS 정보등을포함하여전송된다. 5) MBMS notification Session Start를각단말기에알리고해당자원정보를전송 Session Start를수신한 RNC가해당서비스를수신할 UE들이위치한셀을알기위하여그룹페이징을통해서단말기에서 Session Start를알리고단말기들은필요한경우통지에대해응답메시지를전송하여 RNC가필요한자원을할당할수있도록한다. RNC는서비스를수신할해당셀의단말기의수에따라일대일전용채널을할당하거나일대다공통채널을할당하여이에대한자원정보를단말기에전달하는과정을포함한다. 6) Data Transfer 데이터전송 7) Session Stop 전송이중지되는경우거치는과정데이터의전송이일정기간이상중단되는경우 BM-SC는자원의효율적인사용을위하여 Session Stop 메시지를전송하여해당자원의해소를가능하게할수있다. RNC는 Session Stop을수신한경우에는해당서비스를위한자원을모두해소하여다른서비스에사용할수있도록한다. 새로운데이터가발생할경우 BM-SC는 Session Start를전송하여필요한자원을다시할당하도록할수있다. 8) Leaving 사용자가서비스의수신을중단하고자하는경우사용자가서비스의수신을중단하고자할경우 service deactivation을하여이미 Joining한서비스로부터 leaving을할수있다. 해당서비스에 Joining한모든단말기가 Leaving한경우 SGSN은해당서비스를위한 Context를삭제할수있다. 7

8 그림 5. 브로드캐스트방식시각표 그림 6. 브로드캐스트서비스활성화 8

9 그림 7. 멀티캐스트방식시각표 그림 8. 멀티캐스트서비스활성화 6. 보안과과금브로드캐스트에비해멀티캐스트의가장큰특징은청구가가능해야한다는것이다. 일정권한을갖고있는사용자만멀티캐스트서비스를받을수있어야하며이러한권한은과금과연계된다. 권한을가진사용자만데이터의수신이가능하도록하기위해서는데이터의암호화가필수이며, 암호화에필요한암호키정보는해당서비스에가입하여일정비용을지불한또는지불할사용자에게만전달된다. MBMS를위한암호화는응용계층에서적용하기로하였으며 RAN 계층의암호화는 MBMS를위하여따로정의하지않는다. BM-SC의응용계층에서암호키를생성하고이를각단말기에 9

10 전달하며데이터는이러한암호키로부터생성되는키로암호화되어전송되고암호키를갖고있지못하는단말기는데이터를읽을수없게된다. 중요한이슈는이러한암호키는계속적으로변경이가능해야하며, 변경시에각단말기가새로운암호키를적용할수있도록새로운키를전송하고이러한새로운키를적용하는시점을지정하는방법이제시되어야한다는것이다. 단말기는데이터의전송전에새로운암호키를망으로부터수신해야하며, 이러한암호키또는암호키를생성하기위한정보는일대일방식으로 BM-SC로부터단말기까지안전한방법으로전송된다. 새로운암호키를적용하기위하여각데이터에적용해야할암호키의정보는데이터와함께추가정보형태로전송된다. 이때전송되는암호키정보는암호키의 ID 정보이며또한암호키로부터키를생성할때추가적으로필요한정보가전송될수있다. 단말키는데이터와함께수신한암호키의 ID 정보를이용하여데이터를복원할키가생성된다. 7. 결론지금까지본문서에서는 MBMS의기본개념및구조에대하여살펴보았다. MBMS는고속멀티미디어전송에사용될것으로전망된다. 기존의브로드캐스트, 멀티캐스트에비해보안과과금관리를보다효율적으로제공할수있다. 참고문헌 [1] 3GPP TS , Multimedia Broadcast/Multicast Service(MBMS); stage1, Mar 2003 [2] 3GPP TS , Multimedia Broadcast/Multicast Service(MBMS) user service; stage1, Sep 2004 [3] 3GPP TS , Multimedia Broadcast/Multicast Service(MBMS); Architecture and Functional Description, Jun 2005 [4] 3GPP TS , 3G Security; Security of Multimedia Broadcast/Multicast Service(MBMS), Jun

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론 2. 관련연구 2.1 MQTT 프로토콜 Fig. 1. Topic-based Publish/Subscribe Communication Model. Table 1. Delivery and Guarantee by MQTT QoS Level 2.1 MQTT-SN 프로토콜 Fig. 2. MQTT-SN