5. 기본적인 이동통신망의 구성

기본적으로 이동통신망은 단말기와 기지국과 교환기, HLR(Home Location Register)로 구성된다.

• 단말기: 사용자가 이용하는 단말로 망과의 통신을 통해, 사용자의 입력을 받아 망으로 전달하거나, 망에서 받은 데이터를 사용자에게 표현하는 일을 한다.
• 기지국: 단말기와 무선을 통해 연결되어 단말기가 이동하면서 연결이 될 수 있도록 한다.
• 교환기: 기지국과 연결되어, 단말간 또는 단말/서버간 연결을 지원해주고, 단말기가 요구하는 각종 서비스(음성통화,데이터연결 등)를 처리한다.
• HLR: 사용자가 사용하는 단말기, 가입한 서비스, 대략적인 현재 위치 등을 가지고 있는 일종의 데이터베이스. 교환기가 서비스를 처리하는데 있어서 참조하게 된다.

기본적인 GSM(2G)망의 구성 (출처: Wikipedia)

이것이 2세대 정도이고, 세대가 올라갈 수록 개별적 기능이 추가로 분화/강화되는 식으로 망이 진화해나간다고 보면 된다.

위의 구성에 단문서비스(SMS, Short Message Service)를 제공하기 위한 SMSC(SMS Center)가 추가가 될 수 있다.

재난문자로 대표되는 방송문자 서비스를 위해서는 CBC(Cell Broadcast Center)가 추가가 될 수 있다.

멀티미디어 메시지 서비스, MMS(Multimedia Message Service)를 제공하기 위한 MMSC(MMS Center)와 데이터 서비스가 추가되게 되며,

GSM/WCDMA/LTE/5G의 경우 사용자 단말기에 사용자를 구분하는 SIM/USIM((Universal) Subscriber Identification Module) 카드가 들어있는데, 이 카드에 기록된 암호를 처리하기 위한 장치로 AuC(Authentication Center)가 별도로 존재한다. 또, EIR(Equipment Identity Register)라고 SIM 카드가 꽂히는 단말기에 대한 정보를 저장하는 저장장소를 갖기도 한다.

단순화된 LTE망의 구조 (출처: https://www.3glteinfo.com/ims-volte-architecture/ )

데이터 서비스를 제공하기 위해서는 IWF(Inter Working Function, CDMA 경우), GGSN/SGSN(Gateway/Serving GPRS Support Node, GSM/WCDMA 경우), P/S-GW(Packet data network/Serving - GateWay, LTE 경우) 등이 추가되고, 이들은 이동통신망으로 연결된 단말기에게 IP를 부여하고, 해당 IP를 통해서 외부 인터넷과 연결을 제공하는 역할을 한다. 그 외부 인터넷과의 연결을 위해서 방화벽(불필요하거나 외부 공격 데이터를 차단하는 서버)이나 NAT(Network Address Translation) 서버(이동통신단말기 각각에게 외부 IP를 할당하고 회수하는 서버) 등이 추가된다.

또, 데이터 서비스와 여러가지 속도를 제어하는 요금제가 도입이 되면서, 실제 패킷의 사용를 계산하고 제어하는 AAA(Authentication Authorization and Accounting) 서버가 도입되고, 보다 자세한 속도 조절을 위해 PCRF(Policy and Charging Rules Function)이 LTE에서 도입되게 된다.

음성사서함, 통화연결음(링투유/컬러링 등) 등도 개별적인 서버가 들어가게 된다.

 

교환기도 진화를 하여, 초창기에는 모든 사용자 음성/데이터를 직접 처리하다가, 

WCDMA 시절에는 음성호의 연결과 전달만 담당하고, 데이터 서비스는 GGSN/SGSN으로 떠넘기는 쪽으로 변경이 되고, 

LTE서부터는 음성도 데이터화되는 PS통화(Packet Switched)가 이루어지면서, 교환기는 인증/위치등록/서비스인가 등의 시그널링(실제 데이터가 아닌 서비스 제어를 위한 신호처리)만 담당하고, 모든 데이터는 P/S-GW가 처리하는 식으로 변경이 된다.

IMS 망의 세부구조. (출처: https://www.3glteinfo.com/ims-volte-architecture/ )

LTE의 PS 통화가 들어오면서, 데이터망에는 IMS(IP Multimedia Subsystem)이 도입이 되는데, 이 안에는 통화와 같은 연결 세션을 관리하는 CSCF(Call Session Control Function), 음성이나 영상통화와 그 부가서비스를 지원하기 위한 AS(Application Server), 필요시 코덱전환을 수행하는 MGW(Media GateWay), 기존의 회선통화망과 연동을 위한 각종 Gateway 서버 등이 추가가 된다. 또한, 위치관리만 하던 HLR은 IMS 서비스가 도입되면서 더 많은 서비스 관련 데이터를 저장하게 되고 이는 이름이 HSS(Home Subscriber Server)로 변경된다.

요사이 도입된 eSIM(embedded SIM)을 처리를 위해서는 또 관련한 다운로드/보관 서버(SM-DP+)가 필요해진다.
(eSIM이라고 지칭하는 경우 이전에 기판에 납땜된 칩형태의 SIM을 지칭하는 것으로 들릴 수도 있어서, 요즘 사용되는 다운로드 가능한 eSIM의 경우 eUICC(embedded Universal Integrated Circuit Card)로 부르기도하고, 이전 납땜된 칩형태의 SIM을 iSIM(integrated SIM)으로 부르기도 한다.)

 

다시 말하자면, 최초에 음성통화를 이동하면서 제공하기 위한 망에서 뭔가 새로운 서비스가 도입될 때마다 망쪽에는 서버가 늘어났다고 보면 되겠다.

현재는 스마트폰 App이 새로운 서비스를 담당하고, 그 App의 서버가 도입되는 식이겠지만, 어디까지나 해당 경우는 단말기가 데이터망에 접속이 된 후에 1대1 통신을 통한 서비스로 한정되고, 그와는 다른 형태의 서비스를 위해서는 이동통신망과 단말기에 새로운 기능이 도입되는 것으로 처리될 수 밖에 없다.

 

美泥.