2. Case of Initial Attach (초기 접속 유형)
 

사용자(UE)가 망에 접속할 때 MME에서 초기 접속 절차가 진행되는 유형을 살펴본다. 초기 접속 절차 첫 단계는 사용자가 망에 접속 요청을 함으로써 이루어지는데, 성공적인 초기 접속 절차를 간단히 기술하면 UE가 MME로 접속 요청(Attach Request) 메시지를 전송함으로써 시작되고, MME가 UE로 접속 승낙(Attach Accept) 메시지를 전송하면서 마무리된다. 이 때 UE는 MME로 Attach Request(UE ID) 메시지를 전송하면서 자신이 누구인지 UE ID(IMSI 또는 Old GUTI3)를 통해 알리고, MME는 UE로 Attach Accept(GUTI, TAI list) 메시지를 전송하면서 UE가 IMSI 대신 사용할 ID로 GUTI를, 위치 갱신 범위로 TAI list4를 알려준다.

UE로부터 Attach Request 메시지를 수신하여 UE로 Attach Accept 메시지를 전송하기 전까지 MME는 다음과 같은 절차를 거칠 수 있다(3장 참조):

• UE ID 획득
• 가입자 인증 (Authentication)
• NAS Security Setup (NAS Security Key 설정)
• 위치 등록 (Location Update)
• EPS 세션 설정

이들 절차 중 어떤 절차를 거치는가는 초기 접속 유형에 따라 달라진다. UE ID 획득과 EPS 세션 설정 절차는 모든 초기 접속 유형에서 공통으로 수행된다. 나머지 절차들, 즉 가입자 인증, NAS Security Setup 및 위치 등록 절차는 초기 접속 유형에 따라 선택적으로 수행되는데 i) UE ID가 무엇인가(IMSI or Old GUTI)와 ii) 이 전 사용자 접속 정보가 망(MMEs)에 남아 있는가/없는가 등에 영향을 받는다. 이 글에서는 초기 접속 유형을 다음과 같은 기준으로 구분하기로 한다. 그림 1은 초기 접속 유형 구별을 위해 적용한 판단기준을 나타낸다.

• UE가 망 접속 요청을 어떤 UE ID를 사용하여 하는가?(IMSI or Old GUTI)
• UE가 망 접속 요청을 어떤 MME로 하는가?(이전5에 접속했던 MME or 이전에 접속하지 않은 MME)
• MME가 “이전 사용자 접속 정보(UE Context)”를 망으로부터 얻을 수 있는가?(Yes or No)

그림 1. Criteria for Classification of Initial Attach

망(MME)에 UE ID를 포함한 “이전 사용자 접속 정보”가 없는 경우에 사용자를 Unknown UE, 있는 경우에 사용자를 Known UE로 정의하고, 2.1 절에서 Unknown UE에 대한 초기 접속 유형을 2.2 절에서는 Known UE에 대한 초기 접속 유형을 설명한다. UE가 “이전 망 접속 정보”를 갖고 있는 경우 Attach Request 메시지는 무결성 보호되어 전송되는 것으로 설명한다.

2.1 Unknown UE
그림 2는 사용자(UE)가 Attach Request 메시지를 전송하여 망에 접속을 요청하였을 때 망(MME)이 사용자에 대한 정보를 갖고 있지 않는 경우에 대한 초기 접속 유형을 나타낸다. 아래에서 각 유형을 정의하고 유형별로 다른 점을 설명한다(EPS 세션 설정 절차는 공통이므로 생략한다).

그림 2. Initial Attach Cases for Unknown UE

Attach Case 1: IMSI를 갖고 접속하는 UE
사용자와 망 모두 사용자의 이전 접속 정보가 없는 경우로 2편에서 설명할 EMM Case 1은 여기에 해당한다.
시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 UE ID를 IMSI로 하여 MME로 Attach Request 메시지를 전송하고 MME는 Attach Request 메시지로부터 IMSI를 획득한다.
2) MME는 모르는 UE이므로(UE가 IMSI를 전송했으므로) 인증 및 NAS Security Setup을 수행한다.
3) MME는 HSS로 위치 등록을 수행한다. 즉, HSS에게 사용자가 자신에게 등록했음을 알리고 HSS로부터 사용자의 가입자 정보를 다운로드 받는다.

Attach Case 2: 이전에 접속했던 MME로 접속하는 UE(New MME = Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”가 없는 MME

UE는 이전에 망에서 detach된 후에도 “이전 망 접속 정보(Old GUTI, NAS Security Context6)”를 갖고 있고 같은 MME로 다시 접속했는데, MME는 UE 정보를 갖고 있지 않은 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.

1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 NAS 무결성 키(KNASint)에 의해 무결성 보호되어(NAS-MAC을 포함하여) 전송된다.
2) GUTI는 MME ID인 GUMMEI를 포함하므로, New MME는 Old GUTI를 보고 자신이 할당했던 GUTI임을 안다. New MME는 Old GUTI를 찾아보았으나 Old GUTI에 대한 “이전 사용자 접속 정보”가 없다.
3) MME는 UE에게 Identity Request 메시지를 전송하여 IMSI를 요청한다.
4) UE는 Identity Response 메시지를 통해 MME에게 IMSI를 전달한다.
5) 이제 MME는 이 IMSI를 이용하여 Attach Case 1에서처럼 인증 및 NAS Security Setup을 수행하고 위치 등록을 수행한다.

Attach Case 3: 이전에 접속했던 MME가 아닌 다른 MME로 접속하는 UE(New MME ≠ Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”가 없는 MME
UE는 이전에 망에서 detach된 후에도 “이전 망 접속 정보”를 갖고 있고 이전과 다른 MME(New MME)로 접속했는데, 이전 MME(Old MME)에 UE 정보가 없는 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 무결성 보호되어 전송된다.
2) New MME가 Old GUTI를 수신하고 보니 다른 MME(Old MME)가 할당했던 GUTI이다.
3) New MME는 Old MME에게 Old GUTI와 Attach Request 메시지를 포함하는 Identification Request (Old GUTI, Complete Attach Request Message) 메시지를 전송하여 Old GUTI에 대한 “이전 사용자 접속 정보”를 요청한다.
4) 이를 수신한 Old MME는 해당 사용자 정보를 찾아보았으나 없다(이러면 IMSI도 없다).
5) Old MME는 New MME에게 Identification Response(error cause) 메시지를 통해 사용자 정보가 없음을 알린다.
 

여기까지 오면 Attach Case 2와 상황이 같아지고 이후 절차는 Attach Case 2에서 3), 4), 5)와 같다. New MME는 UE에게 Identity Request 메시지를 전송하여 IMSI를 요청하고 이를 수신한 UE는 Identity Response 메시지를 통해 MME에게 IMSI를 전달한다. MME는 이 IMSI를 이용하여 인증 및 NAS Security Setup을 수행하고 위치 등록을 수행한다.

2.2 Known UE
그림 3은 사용자(UE)가 Attach Request 메시지를 전송하여 망에 접속을 요청하였을 때 망(MME)이 사용자에 대한 정보를 갖고 있는 경우에 대한 초기 접속 유형을 나타낸다. Unknown UE의 경우와는 달리 Known UE의 경우에는 UE가 IMSI를 사용하여 접속하는 경우는 없다고 가정한다. 그림 3에서 UE와 MME는 사용자의 이전 접속 정보를 가지고 있고, UE는 Attach Request 메시지를 무결성 보호하여 전송한다.

그림 3. Initial Attach Cases for Known UE

Attach Case 4: 이전에 접속했던 MME로 접속하는 UE(New MME = Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”를 갖고 있는 MME
UE는 “이전 망 접속 정보(Old GUTI, NAS Security Context)”를 갖고 있고 같은 MME로 다시 접속했는데, MME가 UE 정보를 갖고 있는 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 NAS 무결성 키(KNASint)에 의해 무결성 보호되어(NAS-MAC을 포함하여) 전송된다.
2) New MME는 Old GUTI를 보고 자신이 할당했던 GUTI임을 안다. Old GUTI를 찾아보니 해당 사용자의 “이전 사용자 접속 정보(IMSI, MM Context(NAS Security Context, UE-AMBR))”가 있다.
3) MME는 Attach Request 메시지에 대한 무결성 검증을 한다.

i) NAS-MAC에 대한 무결성 검증이 실패하면, MME는 IMSI를 이용하여 가입자 인증을 하고 UE와 NAS Security Setup을 수행해야 한다.
ii) NAS-MAC에 대한 무결성 검증이 성공하면, MME는 가입자 인증 및 NAS Security Setup을 생략할 수 있다.

Attach Case 5: 이전에 접속했던 MME가 아닌 다른 MME로 접속하는 UE(New MME ≠ Old MME)와 “이전 사용자 접속 정보”를 갖고 있는 MME
UE는 “이전 망 접속 정보”를 갖고 있고 다른 MME(New MME)로 접속했는데, 이전 MME(Old MME)에 UE 정보가 있는 경우이다. 시나리오는 다음과 같다.
1) UE는 New MME로 Old GUTI를 사용하여 Attach Request 메시지를 전송한다. 이 Attach Request 메시지는 무결성 보호되어 전송된다.
2) New MME가 Old GUTI를 수신하고 보니 다른 MME(Old MME)가 할당했던 GUTI이다.
3) New MME는 Old MME에게 Old GUTI와 Attach Request 메시지를 포함하는 Identification Request (Old GUTI, Complete Attach Request Message) 메시지를 전송하여 Old GUTI의 “이전 사용자 접속 정보”를 요청한다.
4) 이를 수신한 Old MME는 해당 사용자 정보를 찾아본다. Old GUTI를 찾아보니 해당 사용자의 IMSI와 MM Context(NAS Security Context, UE-AMBR)가 있다.
5) Old MME는 Attach Request 메시지에 대한 무결성 검증을 한다.
6) Old MME는 New MME에게 Identification Response 메시지를 통해 무결성 검증 결과를 전달한다.

i) 무결성 검증이 실패한 경우 error cause를 전달한다.
ii) 무결성 검증이 성공한 경우 사용자 정보(IMSI, Old GUTI와 MM Context)를 전달한다.
 

무결성 검증이 실패한 경우 Attach Case 3과 상황이 같아지고 이후 IMSI 획득, 가입자 인증 및 NAS Security Setup 절차는 Attach Case 3과 같다. 무결성 검증이 성공한 경우 New MME는 Old MME로부터 IMSI와 MM Context를 수신하고, Attach Case 4에서 무결성 검증이 성공한 경우처럼 가입자 인증 및 NAS Security Setup을 생략할 수 있다. Attach Case 4와 다른 점은 UE가 새로운 MME로 접속하였으므로 New MME는 HSS와 통신하여 위치 등록을 수행한다.