2. Periodic TAU 개념 (Concept of Periodic TAU)
 

사용자가 연결 상태에 있는 경우에는 사용자(UE)와 망(P-GW) 간에 EPS 베어러가 End-to-End로 설정되어 있고 망(MME)은 사용자가 어느 셀에 접속되어 있는지 알고 있어 망에서 사용자에게 전달할 트래픽이 있는 경우 바로 전달될 수 있다.

사용자가 휴지 상태에 있는 경우에는 사용자(UE)와 망(MME) 간에 시그널링 연결 및 베어러(E-RAB 베어러)가 모두 해제되므로 망(MME)은 사용자가 어느 셀에 있는지 알지 못한다. 휴지 상태에 있는 사용자에게 전달해야 할 트래픽이 발생하면 사용자에게 이를 알릴 수 있어야 하므로, 망은 사용자가 휴지 상태에 있더라도 사용자의 위치를 파악할 수 있어야 하고, 휴지 상태에 있는 사용자들은 전송할 데이터가 없더라도 일정시간마다 망(MME)에게 어느 TA(Tracking Area)에 있는지 보고해야 한다. TA는 셀들을 묶은 그룹으로 MME가 관리하며, 사용자가 휴지 상태에 있을 때 사용자의 위치를 파악하는 단위가 된다.

이를 위하여 사용자가 망에 초기 접속할 때 MME는 Attach Accept 메시지를 통하여 TAI list와 TAU timer(T3412)를 사용자에게 전달하고 사용자는 TAU timer 경과 시 TAU 절차를 수행한다.

MME는 사용자로부터 TA 정보를 수신하면 사용자의 현재 위치(TA, 셀)를 갱신하여 가장 최근의 위치 정보를 유지한다. 휴지 상태에서 사용자로 향하는 트래픽이 발생하면 Paging을 통하여 사용자에게 이를 알리는 데, 사용자가 가장 최근에 보고한 TA에 속한 셀들로 Paging Message를 전송하여 Paging을 수행한다*.

* Paging 영역이 크면 사용자를 빨리 찾을 수 있는 확률이 높은 반면 Paging 메시지의 전달 범위가 넓어 망의 오버헤드가 커질 수 있고, Paging 영역이 작으면 사용자를 빨리 찾을 확률이 낮은 반면 망 오버헤드는 작아질 수 있다. Paging을 효율적으로 하기 위한 방법은 본 문서 범위 밖으로 여기서는 논하지 않는다.

그림 1은 휴지 상태에 있는 사용자가 TAU를 수행하는 예를 보여준다. 사용자(UE1)는 초기 접속 시 eNB1에 있는 셀 2를 통해 접속하여 MME로부터 Attach Accept 메시지를 수신할 때 TAI list(예, TAI={TAI1, TAI2})와 TAU timer(예, T3412=60분)를 할당 받고, 이 후 휴지 상태로 천이 하여 ❶ → ❷ → ❸ → ❹로 이동한 경우이다. UE는 Attach Accept 메시지를 통해 처음에 할당 받은 TA 안에서만 이동하고, UE가 TA를 보고하는 MME는 사용자 정보가 등록되어 있는 MME이며, UE와 MME에는 유효한 NAS Security Context (K_NASint, K_NASenc 등)가 유지되고 있는 환경으로 가정하고 설명하기로 한다.

그림 1. Concept of Periodic TAU

셀 2로 접속 후 셀 2에서 휴지 상태로 천이한 UE1은 t1에서 TAU timer가 경과하면 휴지 상태에서 깨어나 MME와 ECM 시그널링 연결을 설정하여 현재 셀의 TAI와 Last Visited TAI(최근에 TAU Request를 통해 보고한 TAI)를 포함하여 TAU Request (TAI=TAI1, Last Visited TAI=TAI1) 메시지를 MME로 전송하고(❶), TAU Accept 메시지를 수신하면 다시 휴지 상태로 천이한다. MME는 휴지 상태에 있는 사용자로부터 TAU Request 메시지를 수신하면 사용자의 최근 TAI(TAI of Last TAU)가 변경되었는지 확인하여 변경 시 TAI of Last TAU 정보를 갱신한다. 만약 UE1으로 향하는 트래픽이 발생하여 S-GW가 MME로 DL 트래픽이 있음을 알리면, MME는 TAI of Last TAU 정보로부터 UE1이 가장 최근에 위치했던 TA를 파악하여 해당 TA에 속한 셀들로 Paging Message를 전송하게 된다(상세 절차는 LTE 기술 문서 Service Request[2]를 참조). 이 후 UE1이 셀 4로 이동하여 ❷에서 TAU timer가 경과했을 때 UE1은 여전히 TA 1에 위치하므로 MME로 TAU Request (TAI=TAI1, Last Visited TAI=TAI1) 메시지를 전송한다. 이 후 UE1이 셀 11로 이동하여 ❸에서 TAU timer가 경과하였을 때 UE1은 TA 2에 위치하게 되고 MME로 TAU Request (TAI=TAI2, Last Visited TAI=TAI1) 메시지를 전송하고, MME는 이를 수신하여 UE1이 위치한 TA가 변경되었으므로 UE1의 TAI of Last TAU를 TAI2로 갱신한다.

그림 2는 Periodic TAU 전/후에 사용자/제어 평면에서의 connection 설정 및 UE와 MME의 상태를 나타낸다.

그림 2. Connections and States before/after TAU

Periodic TAU 전/후 사용자 상태를 단계적으로 보면, (i) Periodic TAU 전에는 EMM-Registered 및 ECM/ RRC-Idle 상태에 있고 E-UTRAN에서 할당 받은 자원은 해제되어 있다. 즉, UE와 MME 간에 E-RAB(상향 S1 베어러 제외)과 ECM 시그널링 연결이 해제되어 있는 상태이다. (ii) Periodic TAU를 수행하는 동안에는 EMM-Registered 및 ECM/RRC-Connected 상태에 있는다. 초기 접속이나 Service Request 때와 다른 점은 UE와 MME 간에 베어러(E-RAB)는 설정되지 않고 Periodic TAU 관련 NAS 메시지를 전송하기 위한 시그널링 연결(ECM 시그널링 연결)만 설정된다. (iii) Periodic TAU 후에는 UE와 MME 간에 설정되어 있는 ECM 시그널링 연결이 해제되어 E-UTRAN 자원이 해제되고 사용자 상태는 다시 EMM-Registered 및 ECM/RRC-Idle 상태로 돌아간다. Periodic TAU 전/후 사용자 상태 변화 단계를 정리하면 다음과 같다.

• Before Periodic TAU: EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle
• During Periodic TAU: EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected
• After Periodic TAU: EMM-Registered, ECM-Idle, RRC-Idle

그림 3은 Periodic TAU 전/후 사용자 상태를 다시 한번 나타내었다. 휴지 상태에서 T3412가 경과한 UE는 MME로 TAU Request 메시지를 전송하여 현재 위치한 TA와 최근 방문했던 TA를 보고하고(사용자 상태는 연결 상태로 천이됨), MME는 UE의 위치 정보(TA)를 갱신 한 후 UE에게 TAU Accept 메시지를 보내고 UE와의 시그널링 연결을 해제하여 사용자 상태는 다시 휴지 상태로 천이한다.

그림 3. State Transition of a User Performing Periodic TAU