이동성 관리

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1. 개요
2. 위치 갱신 절차
3. 임시 이동 가입자 식별자 (TMSI)
- 3.1. P-TMSI (Packet TMSI)
- 3.2. M-TMSI (MME TMSI)
4. 로밍 (Roaming)
5. 한국의 이동 통신 기술 발전과 미래
- 5.1. 5G 상용화와 융합 서비스
- 5.2. 6G 기술 개발과 미래 전망
참조

1. 개요

이동성 관리는 이동 통신망에서 이동 장치의 위치를 추적하고 관리하는 절차를 의미한다. 이동 통신망은 기지국으로 구성된 무선 통신망으로, 이동 장치가 위치 영역을 이동할 때마다 네트워크에 알리는 위치 갱신 절차가 수행된다. 위치 영역은 기지국을 묶어 신호 처리를 최적화하며, 라우팅 영역은 패킷 교환 도메인, 추적 영역은 LTE에서 위치 영역과 라우팅 영역에 해당한다. 이동 장치와 네트워크 간에는 임시 이동 가입자 식별자(TMSI)가 사용되며, 로밍은 셀룰러 가입자가 자국 통신망 범위를 벗어나 다른 네트워크를 이용할 수 있게 해주는 중요한 이동성 관리 절차이다.

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이동성 관리
지도 정보
개요
정의	이동성 관리는 사람들이 자동차 의존도를 줄이고 대안적인 교통 수단을 이용하도록 장려하는 다양한 전략을 포함하는 접근 방식임.
목표	개인의 이동성 요구를 충족시키면서 교통 혼잡, 대기 오염, 에너지 소비와 같은 부정적인 외부 효과를 완화하는 것임.
관련 용어	교통 수요 관리 (TDM)
주요 전략
대중교통 개선	대중교통 시스템의 효율성, 접근성 및 매력을 향상시키는 것을 목표로 함.
카풀 및 차량 공유 지원	카풀 및 차량 공유를 장려하여 도로 위의 차량 수를 줄이고 교통 혼잡을 완화함.
자전거 및 보행 환경 개선	안전하고 편리한 자전거 도로 및 보행로를 조성하여 사람들이 적극적으로 이동하도록 장려함.
유연 근무제 도입	출퇴근 시간을 분산시켜 교통 혼잡을 완화하고 대중교통 시스템의 부담을 줄임.
주차 관리	주차 요금을 조정하고 주차 공간을 제한하여 자동차 사용을 억제하고 대안적인 교통 수단을 장려함.
통행료 부과	특정 도로 또는 지역에 통행료를 부과하여 교통량을 줄이고 대중교통 이용을 장려함.
토지 이용 계획	주거, 상업 및 레크리에이션 지역을 통합하여 사람들이 자동차 없이도 일상 생활에 필요한 시설에 접근할 수 있도록 함.
효과
교통 혼잡 완화	자동차 의존도를 줄이고 대안적인 교통 수단 이용을 장려하여 교통 혼잡을 완화함.
대기 오염 감소	자동차 배기가스 감소를 통해 대기 오염을 줄이고 공중 보건을 개선함.
에너지 소비 절감	자동차 사용을 줄이고 에너지 효율적인 교통 수단 이용을 장려하여 에너지 소비를 절감함.
삶의 질 향상	교통 혼잡, 대기 오염 및 소음을 줄이고 안전하고 편리한 교통 환경을 조성하여 삶의 질을 향상시킴.
과제
시민 참여 유도	이동성 관리 계획에 시민들을 참여시키고 그들의 요구를 반영하는 것이 중요함.
다양한 이해 관계자 간의 협력	정부, 기업, 시민 단체 등 다양한 이해 관계자 간의 협력이 필요함.
재정 확보	이동성 관리 계획을 실행하기 위한 충분한 재정 확보가 중요함.
효과 측정 및 평가	이동성 관리 계획의 효과를 측정하고 평가하여 지속적으로 개선해야 함.
사례
유럽	유럽에서는 많은 도시들이 이동성 관리 계획을 통해 자동차 의존도를 줄이고 대중교통 이용을 장려하고 있음.
아시아	아시아에서도 일부 도시들이 이동성 관리 계획을 도입하여 교통 혼잡을 완화하고 대기 오염을 줄이고 있음.
참고 자료
관련 문서	교통 지속 가능한 교통 스마트 시티 교통 공학

2. 위치 갱신 절차

GSM 또는 UMTS 네트워크는 모든 이동 통신망과 마찬가지로 기본적으로 개별 기지국으로 구성된 무선 통신망이다. 각 기지국은 고유하게 식별된 위치 영역의 일부인 작은 지리적 영역을 커버한다. 이러한 각 기지국의 커버리지를 통합함으로써 이동 통신망은 훨씬 더 넓은 지역에 무선 커버리지를 제공한다. GSM의 경우 기지국은 기지국 송수신기 (BTS)라고 하며, UMTS의 경우 Node B라고 한다. 기지국 그룹을 위치 영역 또는 라우팅 영역이라고 한다.

위치 업데이트 절차를 통해 이동 장치가 한 위치 영역에서 다음 위치 영역으로 이동할 때마다 이동 통신망에 알릴 수 있다. 이동 장치는 위치 영역 코드(LAC)를 감지해야 한다. 이동 장치가 위치 영역 코드가 마지막 업데이트와 다르다는 것을 감지하면 이전 위치와 임시 이동 가입자 식별자 (TMSI)와 함께 위치 업데이트 요청을 네트워크로 전송하여 다른 업데이트를 수행한다.

이동 장치는 또한 현재 LAC를 SIM 카드에 저장하여 최근에 사용한 LAC 목록에 연결한다. 이는 이동 장치가 IMSI 분리를 통해 네트워크에 알릴 기회 없이 (예: 배터리를 제거하여) 강제로 전원을 끄고 바로 전원을 켠 경우 불필요한 IMSI 부착 절차를 피하기 위해 수행된다. 이동 장치가 현재 위치 영역의 이동 교환 센터/방문 위치 레지스터 (MSC/VLR)와 여전히 연결되어 있다는 사실을 고려할 때, 어떤 종류의 IMSI 부착 절차도 수행할 필요가 없다.

이동 장치가 네트워크에 업데이트된 위치 정보를 제공할 수 있는 몇 가지 이유가 있다. 이동 장치가 켜지거나 꺼질 때마다 네트워크는 IMSI 부착 또는 IMSI 분리 위치 업데이트 절차를 수행하도록 요구할 수 있다. 또한 각 이동 장치는 "주기적 위치 업데이트" 절차를 사용하여 설정된 시간 간격으로 정기적으로 위치를 보고해야 한다. 이동 장치가 통화 중이 아닌 상태에서 한 위치 영역에서 다음 위치 영역으로 이동할 때마다 "임의 위치" 업데이트가 필요하다. 이는 신호 페이드로 인해 다른 위치 영역의 셀에서 커버리지를 재선택하는 고정된 이동 장치에도 필요하다. 따라서 가입자는 전체 커버리지 영역 내에서 이동의 자유를 누리면서 네트워크에 안정적으로 액세스하여 통화를 받을 수 있다.

가입자에게 통화 또는 SMS를 전달하기 위해 페이지를 전송했는데 가입자가 해당 페이지에 응답하지 않으면 가입자는 MSC/VLR과 홈 위치 레지스터 (HLR) 모두에서 부재중으로 표시된다(이동 장치에 연결할 수 없음 플래그 MNRF가 설정됨). 다음에 이동 장치가 위치 업데이트를 수행하면 HLR이 업데이트되고 이동 장치에 연결할 수 없음 플래그가 지워진다.

2. 1. 위치 영역 (Location Area)

위치 영역은 신호 처리를 최적화하기 위해 함께 그룹화된 기지국의 집합이다. 일반적으로 수십 개 또는 수백 개의 기지국이 GSM의 단일 기지국 제어기(BSC) 또는 UMTS의 무선망 제어기(RNC)를 공유한다. BSC/RNC는 기지국의 핵심 지능으로, 무선 채널 할당을 처리하고, 휴대폰으로부터 측정값을 수신하며, 기지국 간의 핸드오버를 제어한다.

각 위치 영역에는 위치 영역 코드(LAC)라고 하는 고유 식별자가 할당되며, 이 코드는 각 기지국에서 정기적으로 방송된다. 위치 영역 내에서 각 기지국에는 고유한 셀 식별자(CI) 번호가 할당된다. 셀 글로벌 식별자를 참조.

위치 영역이 크고 적당한 인구 밀도를 가지고 있는 경우, 동시에 작동하는 많은 수의 이동 통신 장치가 있을 가능성이 높아 페이징 트래픽이 매우 높아진다. 이는 모든 페이징 요청이 위치 영역의 모든 기지국에 방송되어야 하기 때문이다. 이는 대역폭을 낭비하고, 모바일 장치가 방송 메시지를 너무 자주 수신하도록 요구하여 전력을 소모하게 한다. 반대로 위치 영역이 너무 많은 경우에는 모바일 장치가 위치 변경을 위해 네트워크에 너무 자주 접속해야 하므로 장치의 배터리가 소모된다. 따라서 위치 영역의 크기와 위치 영역 내 모바일 장치 사용자 수 사이의 균형을 맞추는 것이 중요하다.

2. 2. 라우팅 영역 (Routing Area)

라우팅 영역은 위치 영역에 상응하는 패킷 교환 도메인으로, 일반적으로 "위치 영역"의 하위 구역이다. GPRS에 연결된 이동 통신 기기에서 사용되며, 무선 인터넷/인트라넷 및 멀티미디어 서비스와 같은 "버스티" 데이터 통신 서비스에 최적화되어 있다. GPRS는 사용자를 직접 인터넷 서비스 제공업체에 연결하기 때문에 GSM-IP("인터넷 프로토콜")라고도 알려져 있다.

패킷 트래픽의 버스티 특성으로 인해 이동 통신 기기당 더 많은 페이징 메시지가 예상되므로, 기존 회선 교환 트래픽보다 이동 통신 기기의 위치를 더 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 라우팅 영역 간 변경("라우팅 영역 업데이트"라고 함)은 위치 영역 간 변경과 거의 동일한 방식으로 수행되지만, "서빙 GPRS 지원 노드"(SGSN)가 관여한다는 주요 차이점이 있다.

2. 3. 트래킹 영역 (Tracking Area)

추적 영역은 LTE에서 위치 영역 및 라우팅 영역에 해당하는 개념이다. 추적 영역은 셀들의 집합이다. 추적 영역은 추적 영역 목록(TA 목록)으로 그룹화될 수 있으며, 이는 사용자 장비(UE)에서 구성할 수 있다. 추적 영역 업데이트는 정기적으로 수행되거나 UE가 TA 목록에 포함되지 않은 추적 영역으로 이동할 때 수행된다.

이동통신 사업자는 서로 다른 TA 목록을 서로 다른 UE에 할당할 수 있다. 이는 특정 상황에서 신호량 급증을 피할 수 있는데, 예를 들어 기차 탑승객의 UE는 동시에 추적 영역 업데이트를 수행하지 않을 수 있다.

네트워크 측에서는 관련된 요소가 MME이다. MME는 Attach Accept, TAU Accept 또는 GUTI 재할당 명령과 같은 NAS 메시지를 사용하여 TA 목록을 구성한다.

3. 임시 이동 가입자 식별자 (TMSI)

임시 이동 가입자 식별자(TMSI)는 이동 통신 장치와 네트워크 간에 가장 일반적으로 전송되는 식별자이다. 필요한 정확도에 따라 TMSI는 VLR, SGSN 또는 MME에 의해 설정될 수 있다. 가장 정확성이 떨어지는 경우 TMSI는 ID 기밀 유지를 지원하기 위해 전원이 켜지는 순간 VLR에 의해 해당 지역의 모든 이동 통신 장치에 무작위로 할당된다. 이 번호는 위치 영역에 국한되므로 이동 통신 장치가 새로운 지리적 영역으로 이동할 때마다 업데이트해야 한다.

VLR, SGSN 및 MME는 할당된 TMSI를 해당 TMSI가 할당된 MS의 IMSI와 연관시킬 수 있어야 한다. MS에는 세 개의 TMSI가 할당될 수 있는데, 하나는 MSC를 통해 제공되는 서비스(TMSI), 하나는 SGSN을 통해 제공되는 서비스(패킷-TMSI 또는 P-TMSI), 하나는 MME를 통해 제공되는 서비스(MME-TMSI 또는 M-TMSI, GUTI의 일부)이다.

네트워크는 언제든지 이동 통신 장치의 TMSI를 변경할 수 있으며, 일반적으로 그렇게 한다. 이는 가입자가 무선 인터페이스의 도청자에 의해 식별되고 추적되는 것을 방지하기 위해서이다. 이로 인해 이동 통신 장치가 어떤 것인지 추적하기가 어려워지지만, 이동 통신 장치가 막 켜졌거나 이동 통신 장치의 데이터가 어떤 이유로든 유효하지 않게 되었을 때는 잠시 동안은 예외이다. 그 시점에는 전역 "국제 이동 가입자 식별자"(IMSI)를 네트워크로 전송해야 한다. IMSI는 식별 및 추적을 방지하기 위해 가능한 한 드물게 전송된다.

TMSI의 주요 용도는 이동 통신 장치를 페이징하는 것이다. "페이징"은 이동 통신 장치와 기지국 간의 일대일 통신이다. 브로드캐스트 정보의 가장 중요한 용도는 "페이징"을 위한 채널을 설정하는 것이다. 모든 셀룰러 시스템에는 다수의 이동 통신 장치에 이러한 정보를 배포하는 브로드캐스트 메커니즘이 있다.

TMSI의 크기는 4옥텟(8비트)으로 전체 16진수 자릿수를 사용하지만 모든 비트가 1인 4옥텟을 사용하여 유효한 TMSI를 사용할 수 없음을 나타내는 SIM이 있기 때문에 모든 비트가 ''FF''일 수는 없다.

3. 1. P-TMSI (Packet TMSI)

3. 2. M-TMSI (MME TMSI)

4. 로밍 (Roaming)

로밍은 모든 셀룰러 네트워크의 기본적인 이동성 관리 절차 중 하나이다.^[2] 셀룰러 가입자가 방문한 네트워크를 사용하여 자국 통신망의 지리적 서비스 범위를 벗어나 여행할 때 자동으로 음성 통화를 걸고 받고, 데이터를 주고받거나, 자국 데이터 서비스를 포함한 기타 서비스를 이용할 수 있는 기능으로 정의된다.^[2] 이는 통신 단말기를 사용하거나 방문한 네트워크에서 가입자 식별 정보를 사용함으로써 가능하다. 로밍은 기술적으로 이동성 관리, 인증, 인가 및 과금 절차를 통해 지원된다.^[2]

5. 한국의 이동 통신 기술 발전과 미래

5. 1. 5G 상용화와 융합 서비스

5. 2. 6G 기술 개발과 미래 전망

참조

_[1] 웹사이트 23003-920 ZIP file http://www.3gpp.org/[...]
_[2] 서적 GSM Association Permanent Reference Document AA.39

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