EMM Procedure: 2. Detach

목 차
I. 시작하는 글
II. Case of Detach
III. UE-initiated Detach
IV. MME-initiated Detach
V. HSS-initiated Detach
VI. EPS Entity Information: Before/After Detach
VII. 마치는 글

EMM 절차 문서 중 두 번째 문서로, EMM 시나리오 편에서 정의했던 EMM Case 2, 즉 LTE 망에서 서비스를 이용 중이던 사용자가 Detach 하는 경우에 대한 Detach 절차를 다룬다. Detach triggering이 발생하는 엔터티별로 UE-initiated Detach, MME-initiated Detach 및 HSS-initiated Detach 절차를 기술하고, Detach 절차 전?후로 EPS 엔터티 내에 정보들이 어떻게 변경되는지 살펴본다.

2011년 9월 29일
NMC Consulting Group (tech@netmanias.com)

약어표
AMBR Aggregated Maximum Bit Rate
APN Access Point Name
AS Access Stratum
ASME Access Security Management Entity
C-RNTI Cell Radio Network Temporary Identifier
CS Circuit-Switched
DL Downlink
DRB Data Radio Bearer
ECGI E-UTRAN Cell Global Identifier
ECM EPS Connection Management
EMM EPS Mobility Management
eNB Evolved Node B
EPS Evolved Packet System
E-RAB E-UTRAN Radio Access Bearer
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
GUTI Globally Unique Temporary Identifier
HSS Home Subscriber Server
IMSI International Mobile Subscriber Identity
KSI Key Set Identifier
LTE Long Term Evolution
MME Mobility Management Entity
NAS Non Access Stratum
O&M Operation and Maintenance
PCC Policy and Charging Control
PCRF Policy and Charging Rule Function
P-GW Packet Data Network Gateway
RRC Radio Resource Control
S-GW Serving Gateway
SMS Short Message Service
SPR Subscriber Profile Repository
TAI Tracking Area Identity
UE User Equipment
UL Uplink
USIM Universal Subscriber Identity Module
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I. 시작하는 글
“LTE: 사용자 경험에 기반한 EMM 시나리오와 11가지 EMM Case들” 기술문서[1]에서 정의한 EMM Case 2, 즉 LTE 서비스를 이용 중이던 사용자가 LTE 망에서 detach 하는/되는 절차를 다룬다. EMM Case 1, 초기 접속 절차를 거쳐 EMM-Registered 상태에서 LTE 서비스를 이용하던 사용자는 UE 또는 망에 의해서 detach 될 수 있고, 활성화 상태(ECM/RRC-Connected) 또는 휴지 상태(ECM/RRC-Idle)에서 detach 될 수 있다. 어느 경우든 detach 절차를 마치면 사용자의 EPS 베어러가 해제되고 State가 지워진다.

본 문서는 LTE 망에서 Detach 절차를 설명하기 위한 문서로, 먼저 II 장에서 누가 detach를 triggering하는가에 따라 detach 종류를 분류하고, III 장부터 detach 종류별로 detach 절차를 기술한다. 이어서 VI 장에서 EMM Case 2, Detach 절차 전?후로 EPS 엔터티들이 갖는 정보가 어떻게 변하는지 정리한다.

II. Detach 종류 (Case of Detach)
초기 접속 절차를 거쳐 EPS 세션 및 default EPS 베어러를 생성하고 LTE 서비스를 이용 중이던 사용자는 서비스를 마쳤거나 또는 서비스 중에 망에 의해서 detach되어 서비스를 이용할 수 없는 상태로 갈 수 있다.
사용자가 망에서 detach되면, 사용자의 EPS 세션 및 베어러에 할당되었던 망/무선 자원이 해제되어 EPS 엔터티들(UE 및 망 노드들)에 설정되어 있던 사용자의 MM context와 EPS 베어러가 제거되고, EMM 상태는 Registered 상태에서 De-Registered 상태로 천이한다. 사용자가 망에 access 하기 위해 사용하던 NAS 레벨의 사용자 ID(GUTI)와 security context는 사용자가 정상적으로 detach된 경우 UE와 MME에 유효한(valid) 값으로 저장되어, 사용자가 다음에 망에 접속할 때 사용될 수 있다.
Detach triggering은 UE 또는 망에 의해서 발생할 수 있다. 망에 의한 경우 MME 또는 HSS에 의해서 발생한다. Detach triggering이 어디에서 발생하는가에 따라 detach 종류를 아래와 같이 분류하도록 한다.

1) Detach Case 1: UE-initiated Detach
UE에 의해 detach되는 요인은 다음과 같다.
? UE가 전원을 끌 때
? USIM card가 UE에서 제거될 때
? UE가 non-EPS 서비스를 이용하고자 할 때(예, CS fallback, SMS ..) 등

2) Detach Case 2: MME-initiated Detach
MME에 의해 detach되는 경우는 explicit detach와 implicit detach로 구분된다. Explicit detach인 경우 MME는 UE에게 Detach Request 메시지를 전송함으로써 detach 할 것임을 알리고 UE가 detach 후에 다시 attach 해야 하는지 여부를 알려준다. Implicit detach인 경우 UE가 MME와 통신할 수 없는 환경이므로 MME는 UE에게 detach 할 것임을 알리지 않고(Detach Request 메시지를 전송하지 않고) detach를 수행한다. MME에 의해 detach되는 요인은 다음과 같다.

i) Explicit Detach
? 통신 사업자의 O&M(Operation & Maintenance) 목적
? 재인증(Re-authentication)이 실패한 경우
? 사용자에게 할당한 자원을 제공해 줄 수 없는 경우 등
ii) Implicit Detach
? 무선링크 품질이 나빠져(예, Radio link failure) 사용자와 통신을 지속할 수 없는 경우

3) Detach Case 3: HSS-initiated Detach
HSS에 의해 detach되는 요인은 다음과 같다.
? HSS에 provisioning되어 있는 사용자 profile이 변경되어 MME에 저장된 profile을 변경해야 하는 경우
? Illegal UE(예, 단말 도난/도용) 등의 이유로 통신 사업자가 해당 UE에 대한 망 접속을 제한하려는 경우

다음 장(III 장, IV 장 및 V 장)에서는 위의 Detach Case들의 detach 절차를 차례대로 설명한다. 세 Case 모두 detach 전에 사용자는 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에 있으며 default EPS 베어러로만 서비스 받는 경우에 대해 설명하기로 한다. 이 경우 그림 1은 detach 전과 후에 사용자/제어 평면에서의 connection 설정과 UE와 MME의 상태를 나타낸다. Detach 전에는 default EPS 베어러와 이와 관련된 제어 connection들이 설정되어 있고 사용자 상태는 EMM-Registered, ECM-Connected, RRC-Connected 상태에 있으며, detach 후에는 default EPS 베어러 및 제어 connection이 해제되고 사용자 상태는 EMM-Deregistered, ECM-Idle, RRC-Idle 상태에 있게 된다.

그림 1. Connections and States before/after Detach

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III. UE-initiated Detach
그림 2는 사용자에 의해 detach가 수행되는 절차를 나타낸다. UE-initiated Detach는 UE에서 detach triggering 요인(II 장 참조)이 발생하여 UE가 MME로 Detach Request 메시지를 전송함으로써 시작하고, 사용자가 전원을 끈 경우가 아니라면 MME로부터 Detach Accept 메시지를 수신함으로써 완료된다.

그림 2. Procedure for UE-initiated Detach

? UE에 의한 Detach Triggering
UE에서 detach triggering 요인이 발생하여 UE와 MME가 이를 인지하고, EPS 세션 종료 절차가 수행되기 전까지의 동작을 기술한다.

1) [UE ? MME] Detach 요구
UE는 MME로 Detach Request 메시지를 전송하여 detach를 요구한다. Detach Request 메시지를 구성하는 파라미터는 메시지 전송 방향에 따라 다르게 해석된다. UE에서 MME로 전송되는 경우 메시지 파라미터는 다음과 같다:


Detach Request (GUTI, KSIASME, Detach Type(Switch Off))

? GUTI: 망 접속시 MME가 할당한 사용자 ID
? KSIASME: 현재 UE가 사용중인 KSI 값
? Detach Type: 어떤 종류의 detach 인지를 나타냄
? Switch Off: Normal detach(0)인지 Switch off(1)인지 나타냄
? Type of Detach: EPS detach

만약 UE가 휴지 상태(ECM/RRC-Idle 상태)에 있었으면 먼저 RRC 연결 및 S1 시그널링 연결이 설정되고 ECM/RRC-Connected 상태로 천이한 후 Detach Request 메시지를 전송한다.

2) [UE] Security Context와 베어러 Context 처리
Detach Request 메시지를 전송한 후 UE는 현재 사용중인 NAS security context와 GUTI 및 현재 위치한 TA를 저장하고, EPS 베어러 context를 지운다.

3) [MME] Detach를 인지하고 Security Context 처리
MME는 UE로부터 Detach Request 메시지를 수신하여 사용자가 detach하려 함을 인지한다. KSIASME 값을 기반으로 현재 사용중인 NAS security context를 저장하고, Detach Type을 보고 정상적인 detach 인지 UE 전원이 꺼진 것인지를 확인하여 UE로 Detach Accept 메시지를 전송해야 하는지 파악한다.

? EPS Session 종료 (EPS Session Termination)
UE-initiated Detach를 인지하고 NAS security context를 저장한 MME는 활성화되어 있는 EPS 세션에 대한 삭제를 요청하고 이에 따라 PCEF(P-GW)-initiated EPS 세션 종료 절차가 수행됨으로써 사용자에게 할당되었던 망/무선 자원이 해제되는 과정을 기술한다.

(1) EPS 베어러 해제 및 PCC Rule 삭제
4) [MME ? S-GW] EPS 세션 해제 요구
MME와 S-GW 간은 S11 인터페이스로 GTP 프로토콜(GTP-C)로 통신한다. MME는 S-GW로 Delete Session Request 메시지를 전송함으로써 사용자의 EPS 세션 및 default EPS 베어러를 삭제하기 위한 절차를 시작한다. Default EPS 베어러 ID 및 UE 위치 정보(ECGI, TAI)가 전달된다.

5) [MME] EPS 베어러 Context 삭제
MME는 Delete Session Request 메시지를 전송한 후 사용자의 EPS 베어러 context 정보를 지운다.

6) [S-GW ? P-GW] EPS 세션 해제 요구
S-GW와 P-GW 간은 S5 인터페이스로 GTP 프로토콜(UP: GTP-U, CP: GTP-C)로 통신한다. S-GW는 MME로부터 수신한 Delete Session Request 메시지를 P-GW로 전송한다.

7) [S-GW] EPS 베어러 Context 삭제
S-GW는 Delete Session Request 메시지를 전송한 후 사용자의 EPS 베어러 context 정보를 지운다.

8) [P-GW ? PCRF] EPS 세션 종료 알림
P-GW와 PCRF 간은 Gx 인터페이스로 Diameter 프로토콜로 통신한다. P-GW는 PCRF로 CCR(CC-Request) 메시지를 전송하여 사용자가 서비스를 마침을 알림으로써 EPS 세션 종료 절차(PCEF-initiated EPS Session Termination)가 진행되도록 한다.

9) [PCRF] RCC Rule 삭제
P-GW로부터 CCR 메시지를 수신한 PCRF는 사용자의 PCC rule을 삭제한다.

10) [P-GW ? PCRF] EPS 세션 종료 응답
PCRF는 P-GW로 CCA(CC-Answer) 메시지를 전송하여 사용자에 할당한 PCC rule이 삭제되었음을 알린다.

11) [S-GW ? P-GW] EPS 세션 해제 응답
PCRF로부터 CCA 메시지를 수신한 P-GW는 단계 6)에 대한 응답으로 S-GW로 Delete Session Response 메시지를 전송한다.

12) [P-GW] EPS 베어러 Context 삭제
P-GW는 Delete Session Response 메시지를 전송한 후 사용자의 EPS 베어러 context 정보를 지운다.

13) [MME ? S-GW] EPS 세션 해제 응답
P-GW로부터 Delete Session Response 메시지를 수신한 S-GW는 단계 4)에 대한 응답으로 MME로 Delete Session Response 메시지를 전송한다.

14) [UE ? MME] Detach가 처리되었음을 알림
Delete Session Response 메시지를 수신한 MME는 사용자의 자원 해제가 PCRF에 의해 승인되었음을 인지하고 단계 1)에 대한 응답으로 UE에게 Detach Accept 메시지를 전송한다. Detach Accept 메시지는 UE가 detach를 요청한 이유가 전원을 끈 경우가 아닐 때만 전송된다(즉, Detach Request에 있는 Switch Off=0 인 경우). Switch Off에 의한 detach 요청인 경우 MME는 Detach Accept 메시지를 전송하지 않는다.

(2) S1 시그널링 연결 해제
UE에게 Detach Accept 메시지를 전송하고 난 후, MME와 eNB는 더 이상 UE에게 LTE 서비스를 제공 하지 않으므로 남아있는 사용자 자원(S1 시그널링 연결, RRC 연결 및 eNB에 있는 UE Context)을 해제한다.

15) [eNB ? MME] S1 시그널링 연결 해제 알림
MME는 S1 시그널링 연결을 해제하기 위하여 eNB로 UE Context Release Command 메시지를 전송한다.

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16) [UE ? eNB] RRC 연결 해제
eNB는 아직 RRC 연결이 설정되어 있는 경우 이를 해제하기 위하여 UE로 RRC Connection Release 메시지를 전송한다.

17) [eNB] UE Context 삭제
eNB는 UE와 관련된 모든 정보를 삭제한다.

18) [eNB ? MME] RRC 연결 해제
eNB는 단계 15)에 대한 응답으로 MME로 UE Context Release Complete 메시지를 전송한다.
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IV. MME-initiated Detach
그림 3은 MME에 의해 explicit detach가 수행되는 절차를 나타낸다. MME-initiated Detach는 MME에서 detach triggering 요인(II 장 참조)이 발생하여 MME가 UE로 Detach Request 메시지를 전송함으로써 시작되고, EPS 세션에 할당된 자원이 해제됨으로써 완료된다.

그림 3. Procedure for MME-initiated Detach

? MME에 의한 Detach Triggering
MME에서 detach triggering 요인이 발생하여 EPS 세션 종료 절차가 수행되기 전까지의 동작을 기술한다. 만약 이 때 사용자가 휴지 상태에 있다면 MME는 S1 시그널링 연결을 설정하기 위하여 페이징(paging) 절차를 거친다(페이징 절차는 “EMM Procedure: 4. Service Request due to New Traffic” 기술 문서에서 설명하고 여기서는 생략한다).

1) [UE ? MME] Detach 요구
Explicit detach인 경우이므로 MME는 UE로 Detach Request 메시지를 전송하여 detach를 요구한다. MME에서 UE로 전송되는 경우 메시지 파라미터는 다음과 같다:

Detach Request (Detach Type(Re-attach required or not), Cause)

? Detach Type: Detach 후, UE의 재접속 여부를 명시
? 001: Re-attach required
? 010: Re-attach not required
? Cause: Detach 하는 이유

만약 implicit detach인 경우였으면 MME는 UE로 Detach Request 메시지를 전송하지 않는다.

2) [MME] Security Context 처리
UE로 Detach Request 메시지를 전송한 후 MME는 EPS 세션을 삭제하기 전에 현재 사용중인 NAS security context를 저장한다. UE가 재접속시 이를 사용하여 가입자 인증 및 NAS Security Setup 절차를 생략할 수 있다.

3) [UE] Detach를 인지하고 Security Context와 베어러 Context 처리
UE는 MME로부터 Detach Request 메시지를 수신하여 MME가 detach하려 함을 인지한다. Detach Type을 보고 detach 후 re-attach 해야 하는지 아닌지를 확인한 후, current NAS security context를 저장하고 EPS 베어러 context를 지운다.

? EPS Session 종료 (EPS Session Termination)
Detach triggering이 발생함에 따라 NAS security context를 저장한 MME는 사용자의 EPS 세션을 삭제하기 위해 P-GW로 EPS 세션 삭제를 요청하고, 이에 따라 PCEF(P-GW)-initiated EPS 세션 종료 절차가 수행됨으로써 사용자에게 할당되었던 망/무선 자원이 해제되는 과정을 기술한다.

(1) EPS 베어러 해제 및 PCC Rule 삭제
단계 4) ~ 13)은 MME가 EPS 세션 삭제를 요청하고 이에 따라 PCRF에서 PCC rule이 삭제되고 S5 베어러 자원이 해제되는 과정으로, III 장의 단계 4) ~ 13)과 동일하다. Detach Type이 Re-attach required인 경우 MME는 단계 5)에서 현재 사용중인 UE-AMBR을 저장하여 UE가 재접속시 EPS 베어러를 빠르게 설정할 수 있도록 할 수 있다.

14) [UE ? MME] Detach가 처리되었음을 알림
단계 1)에서 MME로부터 Detach Request 메시지를 수신하여 NAS security context를 저장하고 EPS 베어러 context를 삭제한 UE는 단계 1)에 대한 응답으로 MME로 Detach Accept 메시지를 전송한다. 만약 detach triggering 이유가 implicit detach에 해당되었다면 단계 1), 단계 14) 및 단계 16)은 발생하지 않는다.

(2) S1 시그널링 연결 해제
UE로부터 Detach Accept 메시지를 수신하고 S-GW로부터 Delete Session Response 메시지를 수신한 후 남아있는 자원(S1 시그널링 연결, RRC 연결 및 eNB에 있는 UE Context)을 해제하는 과정으로, III 장의 단계 15) ~ 18)과 동일하다. 차이점은 Detach Request 메시지의 Detach type이 “Re-attached required” 인 경우 UE는 RRC 연결이 해제된 후 망에 재 접속한다. ?
V. HSS-initiated Detach
그림 4는 HSS에 의해 detach triggering이 발생하여 HSS에 의한 detach가 수행되는 절차를 나타낸다.

그림 4. Procedure for HSS-initiated Detach

? HSS에 의한 Detach Triggering
HSS에서 Subscriber Withdrawn으로 인한 detach triggering 요인이 발생하고, HSS는 해당 가입자의 MM context와 EPS 베어러를 즉시 삭제하고자 한다.

1) [MME ? HSS] Detach 요구
HSS와 MME 간 통신은 S6a 인터페이스 상에서 Diameter 프로토콜을 이용하여 수행된다. HSS는 MME로 Cancel Location Request(CLR) 메시지를 전송하여 해당 사용자를 detach할 것을 요청한다. Cancel Location Request 메시지의 파라미터는 다음과 같다:
?

Cancel Location Request (IMSI, Cancellation Type)

? IMSI: Detach 할 (MM Context와 EPS 베어러를 삭제할) 대상 가입자 ID
? Cancellation Type =Subscription Withdrawn: Detach 하는 이유

? EPS Session 종료 (EPS Session Termination)
HSS로부터 Cancel Location Request(CLR) 메시지를 수신한 MME는 해당 사용자의 모든 자원을 해제한다. 이 과정은 III 장에서 설명한 MME-initiated Detach(그림 3)와 동일하다. 차이점은 단계 1)에 대한 응답으로 MME가 단계 2)에서 HSS로 Cancel Location Answer 메시지를 전송하는 것이 추가된다는 점이다.

2) [MME ? HSS] Detach 응답
UE로부터 Detach Accept 메시지를 수신하고 S-GW로부터 Delete Session Response 메시지를 수신한 후 MME는 단계 1) Cancel Location Request 메시지에 대한 응답으로 HSS로 Cancel Location Answer 메시지를 전송한다.
?
VI. EPS Entity Information
이 장에서는 “EMM Case 2: Detach” 절차가 시작되기 전과 후에 EPS 엔터티에 있는 정보를 살펴본다. 각 엔터티 정보는 UE ID 관련 정보, UE Location 관련 정보, Security 관련 정보, EPS Session/Bearer 관련 정보로 분류하여 표시한다(문서 [2] 참조).

6.1 Before Detach
EMM Case 2 시나리오에 의하면 사용자는 망에서 detach 하기/되기 전에 ECM/RRC-Connected 상태에 있으므로, detach 전 EPS 엔터티들이 갖고 있는 값은 EMM Case 1에서 초기 접속 이후 EPS 엔터티들이 갖는 값과 같다(문서 [2] 참조). 그림 5는 detach 절차가 시작되기 전에 EPS 엔터티들에 있는 정보를 나타낸다.

그림 5. Information in EPS entity before Detach

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6.2 After Detach
Detach 절차를 마치면, 사용자가 다음 번에 망에 접속 시 안전하고 빠르게 접속하기 위하여 사용할 수 있는 정보는 UE와 MME망에 저장되고 사용자의 나머지 모든 context는 해제된다. 이러한 정보로는 NAS security context와 MME가 할당한 GUTI 및 TAI 관련 정보가 있다. 그림 6은 “EMM Case 2: Detach” 절차를 마친 후 EPS 엔터티들에 있는 정보를 나타낸다. Detach 후 삭제되는 정보를 회색으로 나타내고, provisioning 정보라 지워지지 않는 정보는 검은색으로 다음 번 망 접속 시 사용하기 위한 정보는 파란색으로 표시하였다.

그림 6. Information in EPS entity after Detach

다음 번 망 접속 시 사용하기 위한 정보는 UE, MME 및 HSS에 다음과 같은 값들이 저장된다.

UE에 남는 정보
? UE ID: 망 접속 시 또는 TA 갱신 시 MME가 할당했던 GUTI 값
? UE Location: UE가 detach 전 마지막으로 방문한 TA 값
? Security: UE가 detach 전 사용하던 NAS security context 정보
MME에 남는 정보
? UE ID: UE가 초기 접속 시 제공한 IMSI와 초기 접속 시 또는 TA 갱신 시 MME가 할당했던 GUTI 값
? UE Location: UE가 detach 전 마지막으로 방문한 TA 값. UE에게 할당했던 TAI list도 남을 수 있다.
? Security: UE가 detach 전 사용하던 NAS security context 정보
? EPS Session/Bearer: UE 위치 등록 시 HSS로부터 받은 Subscribed Profile. EPS 베어러 설정 시 MME가 계산했던 UE-AMBR 값 및 UE-AMBR에 사용된 APN-AMBR 값도 남을 수 있다.

HSS에 남는 정보
? UE Location: UE가 detach 전 마지막으로 위치한 MME 값

VII. 마치는 글
LTE 망에 접속하여 서비스를 이용 중이던 사용자의 detach 절차(“EMM Case 2” in [1])를 기술하였다. 어느 엔터티에서 detach triggering이 발생하였는가에 따라 detach case를 분류하고 각 case 별로 detach 절차를 살펴 보았으며, detach 후 다음 번 망 접속 시 사용하기 위하여 UE, MME 및 HSS에 저장되는 정보들을 정리하였다. 다음 기술문서에서는 초기 접속을 마치고 서비스를 이용하던 사용자가 일정시간 동안 서비스를 사용하지 않음으로써 S1 자원이 해제되는 절차(“EMM Case 3: S1 Release due to User Inactivity” in [1])에 대하여 기술한다.

참고문헌
[1] 넷매니아즈 기술문서, “LTE: 사용자 경험에 기반한 EMM 시나리오와 11가지 EMM Case들”,
September 2011, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5303
[2] 넷매니아즈 기술문서, “LTE EMM Procedure: 1. Initial Attach for Unknown UE (2편) ? Call Flow of Initial Attach (초기 접속 호 흐름)”,
September 2011, https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=techdocs&no=5320
[3] NMC 컨설팅 내부 리포트, “E2E LTE Network Design”, August 2010.