Mobile communication

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Overview

이동통신(Mobile communication) 내용 정리

Basic

Mobile Network

이동통신은 이동중인 가입자가 이동전화(Mobile station, Terminal, 전화기)로 모바일 망(Mobile network)를 통해 다른 무선 가입자와의 통화나 통신이 이뤄지는 것을 말한다. 가입자는 단말기를 이용해서 전화를 걸 수도 있고(발신), 전화를 받을 수도 있으며(착신), 다양한 부가 서비스와 데이터 통신까지 이용할 수 있다. 물론 사용자가 가입한 통신사업자는 이미 유선전화망과 다른 사업자와의 이동전화망과 연결되어 있으므로(상호접속) 집 전화로 휴대전화 가입자에게 전화를 걸 수도 있고, 그 반대의 경우나 다른 사업자에게 가입한 사람과도 통화할 수 있다. 이러한 이동통신을 가능하게 하는 환경을 이동전화 망 또는 이동통신 네트워크라고 부른다.

유선전화

유선전화망에서는 가입자의 정보가 교환기내에 고정되어 가입자를 관리하는 교환기에서 발신, 착신 등을 제어한다. 전화를 건 사람의 전화 허용 여부를 발신 교환기에서 존재하는 가입자 정보로 판단하고, 전화를 받는 사람의 허용 여부는 착신 교환기내에 존재하는 가입자 정보로 판단한다. 또한, 발신자가 착신자에게 Dial 하는 번호 자체가 착신자에게 호를 연결해주는 주소이다. 유선전화는 가입자에 대한 정보가 교환기에 고정되어 있으므로, 가입자가 타 지역으로 이동하게 되면 번호자체를 변경해야 한다(최근의 유선전화에서는 번호 이동성이 도입되어 번호를 변경하지 않아도 된다).

이동전화

이동전화망의 가장 큰 차이는 가입자 정보를 가지고 있는 시스템이 따로 있다는 것이다. 이동전화망은 가입자의 이동성을 지원하기 위해, 가입자의 정보를 관리하는 DB를 교환기에서 분리하여 HLR(Home Location Register)이라는 시스템에서 별도 관리한다. 가입자가 어디서나 이동전화 서비스를 이용할 수 있도록 하기 위해서 유선전화망과는 다른 장비가 필요하며 이들 장비간에 정보를 주고 받는 절차(Protocol)도 다양하다.

두번째로 큰 차이점은 사용자의 휴대폰과 기지국간의 무선구간은 유선전화처럼 실선으로 이어진 구간이 아니라 전파를 통해서 데이터가 전송되는 구간(단말기 -> 기지국)이 있기 때문에 압축과 암호화 처리를 해서 음성을 전송한다. 이 압축방식, 암호화방식, 기지국에서 단말기 위치를 확인하는 방식 등이 이동통신기술의 핵심기술 중 하나이다.

위치등록

위치등록은 단말기가 자신의 위치, 상태 등의 정보를 기지국에 알려 기지국으로 하여금 효과적으로 단말기와 통신을 하도록 하기 위한 과정이다. 기지국은 단말기에 여러가지 방법으로 등록을 하는데, 이 방법을 모두 사용하거나 일부만을 사용할 수도 있다. 기지국이 각 등록방법을 모두 사용할 경우 단말기의 위치를 항상 정확하게 알 수 있다는 장점이 있지만 많은 메시지 교환으로 시스템의 부하를 가중시킬 수 있고 이는 곧 비용의 증가를 가져오므로 이동 통신사들은 시스템 자원과 통화품질의 양면을 고려하여 적절하게 조정한다. 아래는 CDMA 시스템에서 사용할 수 있는 8가지의 위치 등록 방법을 간단히 표현한 것이다.

  • 전원 가동 등록 : 이동 단말기의 전원을 켰을 경우 수행.
  • 전원 차단 등록 : 이동 단말기의 전원을 껐을 때 수행.
  • 타이머 기준 등록 : 이정 시간이 지난 후 수행.
  • 거리 기준 등록 : 마지막 등록 지점에서 일정한 거리를 벗어날 경우 수행.
  • 지역 기준 등록 : 이동 단말기가 새로운 지역으로 진입할 경우 수행.
  • 파라미터 변경 등록 : 이동 단말기의 전화번호 등이 변경되었을 경우 수행.
  • 주문 등록 : 기지국이 등록을 요청하였을 경우 수행.
  • 간접 등록 : 이동 단말기가 접속 채널을 사용할 때마다(문자 메시지를 보내거나 무선 인터넷 인터넷을 할 때)수행

이동 통화와 관련된 주요 장치(노드, 장비)

  • BS(Base station) : 기지국
  • BTS(Base transceiver station) : 기지국 장비로 이해하면 된다. 안테나와 모뎀으로 구성되며, CDMA의 복잡한 무선 채널 정합 및 전력 제어 등을 담당한다. 지상에 설치되어 있는 BTS 는 각각의 무선접속 시스템을 통해 이동 단말기와의 무선통신을 가능하게 하고, 전송경로에 위치해 있는 연결된 BSC와 신호를 송수신한다.
  • BSC(BTS system controller) : 기지국 제어기로 해설될 수 있으며 기지국에 의한 셀 내의 이동전화 등록 제어 및 트래픽 채널 할당, 핸드오프 수행, 호 설정과 종결의 처리를 가능하게 해주는 기지국 제어와 호 처리를 담당하는 기기와 소프트에어로 BSC에는 대략 20 ~ 40 개의 BTS가 접속된다.
  • MSC(Mobile switching center) : 이동 전화망과 유선전화망 또는 타 이동 전화망, 또는 내부의 다른 교환기간에 통신하는 시스템이다.
  • HLR(Home Location Register) : 가입자정보(ex. Elebronic Serial Number, Mobile Directory Number, Profile, Roaming)를 기록하기 위한 Location rigster.
  • VLR(Visitor Location Register): 방문 가입자(Visiting subscriber, Roamer)의 발신 및 착신을 처리하기 위해 가입자의 정보를 HLR 로 가져와 관리하는 location register.
  • VMS(Voice Mail System) : VMS 시스템은 이동 통신 부가 서비스의 일종인 음성 사서함 서비스를 제공하여 주는 시스템으로 음성 사서함 서비스는 수신 단말 자용자가 부재중이거나 통화를 하지 못하는 경우 음성 메시지 또는 SMS 메시지를 전달해주는 시스템이다.

HLR(Home Location Register)

HLR(Home Location Register)는 이동통신 가입자의 위치를 확인해 전화를 받을 수 있게 해주고 동시에 해당 가입자에 대한 각종 정보를 파악해 착/발신 금지 등 각종 부가 서비스를 제어해주는 이동통신망의 기본 장비이다. 또한 SIM card 의 내용으로 통신(GSM)망에서 사용 가능한지 여부를 확인하는 역할을 한다.

보통은 참조 데이터베이스(Reference Database) 를 의미한다. HLR 에는 모든 상세 정보(Customer ID, Customer Number, Billing Detail, Prepaid info 등)가 보관되어 있다.

개인 식별 번호/주소 및 인증 파라미터 등도 보관되어 있으며, 새로운 단말이 네트워크에 인입되었을 때, 이 HLR 정보를 참조하여 단말의 네트워크 인입 허용여부를 결정하게 된다. 즉, HLR 은 모든 가입자 정보를 모아놓은 거대한 데이터베이스로 생각할 수 있다.

HLR은 네트워크 내의 모든 MSC와 VLR 에 의해 접근되며, 네트워크 내에 여러개의 HLR 이 있다 하더라도, 하나의 구독자(Subscriber) 정보는 오직 하나의 Record 만을 가지게 된다.

IMSI 혹은 MSISDN 번호로도 접근될 수 있으며, 국외 로밍등을 이유로 다른 PLMN 의 MSC나 VLR 로부터도 접근될 수 있다.

Basic HLR parameters

HLR에는 다음과 같은 기본 정보들이 들어있다.

  • Subscriber ID(IMSI and MSISDN)
  • Current Subscriber VLR(Current Location)
  • Supplementary Services Subscriber to(Caller Tone, Missed Call Alert, Any Other Services etc)
  • Subscriber Status(Registered or Deregistered)
  • Authentication Key and AUC Functionality
  • Mobile Subscriber Roaming Number

VLR(Visitor Location Register)

VLR 는 HLR 에 있는 거의 모든 데이터의 복사본을 가지게 된다. 하지만 이는 구독자(Subscriber)가 해당 VLR에서 커버가 가능한 일정 지역에서 Active 상태일 동안만 저장되는 일시적인 복사본이다.

따라서, 만약 구독자가 VLR 경계지역에서 로밍을 하게될 경우, 중복된 정보가 있을 수 있게 된다.

Additional data for VLR

VLR 에 추가적으로 저장되는 정보는 다음과 같다.

  • Location Area Identity(LAI)
  • Temporary Mobile Subscriber Identity(TMSI)
  • Mobile Station Roaming Number(MSRN)
  • Mobile Status(busy/free/no answer etc)

Location Area Identity in Both VLR and HLR in TELECOM

Cells within the Public Land Mobile Network (PLMN) are grouped together into geographical areas. Each area is assigned a Location Area Identity (LAI), a location area may typically contain 30 cells.

Each VLR controls several LAIs and as a subscriber moves from one LAI to another, the LAI is updated in the VLR. As the subscriber moves from one VLR to another, the VLR address is updated at the HLR.

Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) is in VLR

The VLR controls the allocation of new Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) numbers and notifies them to the HLR. The TMSI will be updated frequently, this makes it very difficult for the call to be traced and therefore provides a high degree of security for the subscriber.

The TMSI may be updated in any of the following situations:

  • Call setup.
  • On entry to a new LAI.
  • On entry to a new VLR.

Mobile Subscriber Roaming Number

As a subscriber may wish to operate outside its “home” system at some time, the VLR can also allocate a Mobile Station Roaming Number (MSRN). This number is assigned from a list of numbers held at the VLR (MSC). The MSRN is then used to route the call to the MSC which controls the base station in the MSs Current location.

The database in the VLR can be accessed by the IMSI, the TMSI or the MSRN. Typically there will be one VLR per MSC. thats true behind vlr and hlr in telecom.

See also