안녕하세요 5G의 3GPP Specification인 TR21.915의 내용 중 5G의 아키텍쳐의 NSA와 NA에 대해서 간단한 포스팅을 해보겠습니다. 아래 그림 및 주요 내용은 TR.915의 내용을 참조 하였습니다.
1. NSA 와 SA architecture 구조
5G에는 두 가지 배포 옵션이 정의되어 있습니다:
- NSA(Non-Stand Alone) 아키텍처는 5G Radio Access Network(AN)와 NR(New Radio) 인터페이스가 기존 LTE 및 EPC 인프라 Core Network(각각 4G Radio 및 4G Core)와 함께 사용됨으로써 네트워크 교체 없이 NR 기술을 이용할 수 있도록 하는 것입니다.
이 구조 에서는 4G 서비스만 지원되지만 5G New Radio(낮은 지연 시간 등)가 제공하는 용량을 사용할 수 있습니다.
NSA는 "E-UTRA-NR Dual Connectivity(EN-DC)" 또는 "Architecture Option 3"라고도 합니다.
NSA 아키텍처는 다음 그림과 같습니다.
NSA 아키텍처는 5G 액세스 네트워크가 4G 코어 네트워크에 연결되는 "완전한 5G" 배치를 위한 일시적인 단계로 볼 수 있습니다.
NSA 아키텍처에서, (5G) NR 기지국(논리 노드 "en-gNB")은 X2 인터페이스를 통해 (4G) LTE 기지국(논리 노드 "eNB")에 연결됩니다. X2 인터페이스는 2개의 eNB를 연결하기 위해 release 15 이전에 도입되었고 Release 15에서는 NSA를 제공하기 위해 eNB와 en-gNB를 연결하는 것도 지원합니다.
NSA는 4G AN(E-UTRA)과 5G AN(NR)을 통해 이중 연결을 제공합니다. 따라서 "E-UTRAN 및 NR 이중 연결"을 의미하여 "EN-DC"라고도 불립니다.
EN-DC에서, 4G의 eNB는 마스터 노드(MN)이고, 5G의 e-gNB는 세컨더리 노드(SN)입니다.
위의 그림은 SA 아키텍쳐를 묘사한 그림 입니다.
SA 아키텍처는 4G 네트워크의 어떤 부분과도 연동할 필요가 없는 "Full 5G 네트워크"로 볼 수 있습니다.
NR 기지국(논리 노드 "gNB")은 Xn 인터페이스를 통해 서로 연결되고, Access Network("NG-RAN for SA 아키텍처"라고 함)는 NG 인터페이스를 사용하여 5GC 네트워크에 연결됩니다.
SA 아키텍쳐 에서 5G 시스템(5GS)은 사용자 장비, 액세스 네트워크("New Radio" 또는 NR 포함) 및 코어 네트워크(5GC 또는 5GCN)로 구성됩니다.
2. 5G Core Network Overview
5GC 아키텍처는 소위 "서비스 기반 아키텍처"(SBA) 프레임워크에 의존하며, 여기서 아키텍처 요소는 "전통적인" 네트워크 엔티티에 의해 정의되는 것이 아니라 "네트워크 기능"(NF) 측면에서 정의됩니다. 공통 프레임워크의 인터페이스를 통해 모든 주어진 NF는 다른 모든 공인된 NF 또는 이러한 제공된 서비스를 사용하도록 허용된 모든 "소비자"에게 서비스를 제공합니다. 이러한 SBA 접근 방식은 모듈성과 재사용성을 제공합니다.
기본적인 (SA, 비로밍) 5G 시스템 아키텍처는 아래와 같습니다
5G의 필수 적인 NF를 나열해 보면 아래와 같습니다.
- 사용자 장비(UE);
- 무선 액세스 네트워크 [(R)AN];
- 사용자 데이터를 처리하는 UPF(User Plane Function);
- (외부) 데이터 네트워크(DN);
- 일부 주목할 만한 네트워크 기능(NF):
- 응용 프로그램 기능(AF), 응용 프로그램 처리;
- UE 및 (R)AN에 액세스하는 액세스 및 이동성 관리 기능(AMF);
- UPF에 액세스하는 SMF(Session Management Function).
다른 NF들은 다음 포스팅에 올리도록 하겠습니다. SBA 접근 방식은 가상화된 배포를 가능하게 하고 실제로, 네트워크 기능 인스턴스는 완전 분산, 완전 중복, 상태 비저장 또는 완전 확장성으로 배포될 수 있습니다.
동일한 NF 세트 내에 여러 개의 네트워크 기능 인스턴스가 존재할 수 있습니다. 반대로, 여러 위치에서 서비스를 제공할 수도 있습니다. 즉, 특정 NF의 서비스가 호출될 때, 이 가상화는 UE의 메시지를 (동등한 NF의 미리 정의된 집합 내에서) 임의의 능력 있는 엔티티로 라우팅할 수 있게 합니다.
이를 통해 복원력을 제공합니다. 예를 들어 계획된 유지보수를 위해 NF의 특정 인스턴스를 해제할 수 있으며, 서비스 중단 없이 자동 복구가 가능합니다.
3. 5G Access Network Overview
첫 번째 접근법으로서, 5G AN의 아키텍처는 NG 인터페이스를 통해 5G CN에 연결되는 하나의 단일 엔티티, 즉 gNB로 구성되기 때문에 매우 간단합니다. 또한 아래 그림과 같이, Xn 인터페이스를 통해 다른 gNB에 연결하거나 X2 인터페이스를 통해 4G의 eNB에 연결할 수도 있습니다.
4. 3GPP - 5GS Stage 2에 대한 참조
5G 시스템의 주요 2단계 Specification은 다음과 같습니다:
[1] TS 23.501, "5G 시스템을 위한 시스템 아키텍처", Stage 2. 네트워크 기능 및 상위 레벨 기능에 대한 설명을 포함하는 아키텍처 참조 모델, 전체 5GS Stage 2.
[2] TS 23.502 "5G 시스템을 위한 절차" Stage 2. 로밍 및 비로밍 시나리오를 위한 5GS Stage 2 정책 및 과금 관련 제어 프레임워크를 명시하고 있습니다.
[3] TS 23.503, "5G 시스템을 위한 정책 및 충전 제어 프레임워크", 2단계. TS 23.501 및 TS 23.503의 동반 사양이며, 2단계 절차 및 네트워크 기능 서비스를 명시합니다.
[4] TR 23.799 차세대 시스템을 위한 건축에 관한 연구, Stage 2
[5] TS 38.401 "NG-RAN, 아키텍처 설명"
[6] TS 38.420 "NG-RAN, Xn 일반 측면 및 원칙"
[7] TS 36.401 "진화된 범용 지상 무선 액세스 네트워크(E-UTRAN); 아키텍처 설명"
5. Core Network과 Radio Network의 기능적 분류
위에 제공된 전체 아키텍처에 더해서, 코어 네트워크(AMF, SMF 등)에 의해 제공되는 기능과 액세스 네트워크(access network)에 있는 기능, 즉 gNB에 의해 제공되는 기능에 대해 더 깊게 설명합니다.
아래는 5G Network의 Core와 Access Network의 기능적 분류 구조 입니다.
네트워크 슬라이스 선택 기능(NSSF), 인증 서버 기능(AUSF) 또는 정책 제어 기능(PCF)과 같은 일부 네트워크 측면에 특화된 NF가 아래에 제시될 예정입니다. 보안 관련 NF, 즉 SEAF, AUSF, ARPF, SEPP는 5G 보안에 관한 섹션에 제시되어 있습니다.
AN/CN 인터페이스에서 정보를 교환하는 NF는 코어 네트워크 측에서는 AMF, UPF 및 SMF이며 액세스 네트워크 측에서는 gNB입니다. 이 NF들은 아래 그림에 노란색 상자로 표시되어 있으며 흰색 상자는 이들이 수행하는 주요 작업을 나타냅니다.
위의 그림은 각 시스템(eNB, amf, smf)의 주요 기능별 분리한 그림 입니다.
Core Network 측면에서 AMF("Access and Mobility Management Function")는 이동성, 보안 등 User Data에만 국한되지 않는 모든 시그널링을 총괄합니다.
SMF("Session Management Function")는 세션 수립 등 User Data 트래픽과 관련된 시그널링을 담당합니다. 마지막으로 UPF("User Plane Function")는 사용자 데이터의 처리를 나타냅니다.
액세스 네트워크(Access Network) 측면에서, gNB(5G Node B)는 무선 자원 관리(Radio Resource Management), 무선 베어러 제어(Radio Bearer Control), 무선 어드미션 제어(Radio Admission Control), 접속 이동성 제어(Connection Mobility Control), 자원의 UE에 대한 동적 할당(Dynamic allocation) 등을 포함하는 모든 주요 AN 관련 작업을 수행합니다.
이상 5G Network의 NSA와 SA의 개요에 대해서 알아 보았습니다.
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