[이동통신] RRC 제어 프로토콜이란?

RRC (Radio Resource Control)

RRC는 사용자의 UE(단말)이 무선 기지국과 통신하는 경우 사용되는 프로토콜 중 하나로

사용자 평면 / 제어 평면 중 제어 평면에 해당하는 무선 자원 제어 프로토콜이다.

 

또한 RRC는 LTE에서 RAN(무선 접속망) 관련 제어 절차를 담당하는데,

이는 radio bearer 설정, 해제 및 제어 메시지 생성, 전달, 관리 등이 있다.

(# radio bearer : 무선 자원을 주고받기 위한 통로)

 

단말이 기지국과 통신 서비스를 이용하기 위해서는 RRC를 통해 망으로부터 자원을 할당받아야 한다.

UE에서 버튼을 클릭하면 그에 맞는 작업을 수행하기 위해 기지국과 RRC Connection을 맺으면서

망으로부터 자원을 할당받을 수 있다.

 

결과적으로 RRC는 단말과 기지국 사이의 연결을 관리하는데 필수적인 메시지를 주고받으며

통신 상태를 제어하는 프로토콜이다.

 

 

 

RRC 계층의 주요 기능

▶ 단말과 기지국 사이 연결 관리

 

RRC는 무선 기지국인 eNB와 단말 사이의 연결을 관리하는 프로토콜로, 단말은 기지국괴 최초 통신하기 위해 신호를 보내 RRC 메시지를 주고받으며 연결되면 기지국에게서 자원을 할당받을 수 있다.

 

즉 RRC 연결없이 단말은 기지국과 통신할 수 없다.

 

연결된 이후에도 단말의 동작을 위한 메시지를 교환하며 연결 재설정, 해제 등을 수행한다.

 

 

 

▶ 무선 베어러 (radio bearer) 관리

 

베어러는 전달, 전송, 운반체 등을 의미한다.

따라서 라디오 베어러는 단말과 기지국 사이 무선 접속망에서 이루어지는 전송 서비스를 말한다.

 

RRC는 기지국에서 단말의 정보를 받아오기 위해 무선 베어러를 설정 및 해제를 수행하며

무선 베어러로 받아오는 데이터의 품질을 관리하기 위해 QoS를 사용한다.

무선 베어러를 통해 단말의 정보를 받아온 기지국은 상위 베어러 및 인터페이스를 통해

유선 core망 쪽으로 데이터를 옮기게 된다.

 

 

 

▶ 이동성 (handover) 관리

 

handover란 단말이 움직이면서 연결된 기지국에서 멀어져

다른 기지국의 cell로 옮겨 새로 연결하는 것을 말한다.

 

RRC는 단말과 연결된 기지국이 바뀌면서 발생하는 cell 부하, 무선 연결 품질 등을 고려해서

기지국에서 적절한 cell을 단말에게 제공해주는 역할을 수행한다.

이를 위해서는 품질 측정 보고와 보안 관리 등 다양한 정보가 기지국에 제공되어야 하는데,

이 기능을 위해 보안관리를 위한 RRC 암호화, 단말의 연결 품질 측정 등을 RRC 계층에서 수행하게 된다.

 

 

 

▶ RRE (RRC Connection Re-establishment)

RRC의 연결 복구 기능으로

(LTE에는 필수적으로 들어가 있는 기능이다.)

 

RRE를 사용하게 만드는 가장 큰 원인은 RLF (Radio Link Failure)이다.

RLF가 발생하는 원인으로는 단말에서 일정 시간 동안 메시지가 없는 경우, 트래픽이 허용치를 초과해 과다 발생하는 경우 등 다양한 문제로 생길 수 있으며 무선 링크가 끊어졌을 때 빠르게 복구하는 기능이다.

이 기능이 없을 때는 기지국과 단말간의 연결이 끊어지면 바로 호가 종료되어 재연 결하는데 많은 시간이 소요될 수 있다. RRE는 자동으로 call Drop을 막고 다시 복구할 기회를 주는 것이다.

 

 

 

 

 

RRC의 두 가지 상태

 

단말기와 EPS 사이 연결

▶ ECM (EPS Connection Management connection)

단말기와 MME 사이에 필요한 시그널링을 모두 ECM이라 부른다.

 

1. UE (단말) → eNB (LTE기지국) 사이 연결         = RRC connection

2. eNB (LTE 기지국) → MME (LTE core 제어평면) = S1 connection

단말기는 LTE의 core망 EPS에서 제어 평면을 다루는 MME와 메시지를 주고받기 위해 연결이 설정되어야 한다. 이때 단말기와 eNB(기지국) 간에는 RRC로 연결되고, eNB와 MME 간에는 S1시그널링으로 연결된다. 이렇게 서로를 연결해주는 시그널링 (RRC connected , S1 connected)을 모두 포함해서 ECM 연결이라고 한다.

 

 

 

RRC의 두 가지 상태 (RRC-Connected 와 RRC-Idle)

▶ RRC-Idle (대기상태)

= 단말과 기지국이 RRC 연결이 안된 상태

= 언제든지 RRC-Connected 로 넘어갈 수 있도록 paging 채널 모니터링

 

@ paging : 단말기로 향하는 트래픽이 발생하는 경우 단말기를 깨우는 작업

             (LTE망은 단말을 깨워 데이터를 수신할 수 있도록 해준다.)

보통 단말은 사용되지 않을 때 Idle 상태로 망과 교신하지 않는 상태를 가진다.

그 이유는 한정된 배터리도 아끼면서 망에서 다른 단말에게 자원을 할당하기 위해서인데, 이 때 단말은 자율적으로 paging 채널을 모니터링을 하게 된다. 만약 사용자가 버튼을 누르는 등 작업을 시도하면 망으로부터 paging을 수신한다.

 

RRC-Idle 상태에서 단말의 위치는 TA단위로 파악되고 정확한 위치를 파악하기 위해서 네트워크는 단말에 paging 메시지를 보내서 단말의 위치를 파악할 수 있다. 

 

paging을 수신한 단말은 그에 맞는 작업을 수행하기 위해 RRC-Connected 상태로 넘어가게 된다.

 

 

▶ RRC-Connected (연결 상태)

= 단말과 기지국이 RRC로 연결된 상태

= 네트워크와 데이터를 송수신하며 제어 채널을 모니터링한다.

단말과 기지국이 연결에 성공하면 단말은 RRC-Connected 상태가 되어 기지국에서 자원을 할당받아 데이터를 송수신할 수 있고 제어채널을 모니터링한다. 이때 단말의 위치는 MME에서 cell 단위로 파악한다.

 

RRC-Connected 상태에서 단말은 채널상태나 보안관리, 트래픽 관리 등 여러 측정 정보를 기지국에 보고하고 네트워크에서 주도적으로 채널 상태나 트래픽의 속도에 따라 cell을 옮기는 Handover 절차를 수행한다.

 

 

RRC contected cookie는 무엇인가

RRC-Connected 상태에서 일정 시간 작업이 없거나 데이터를 차단하는 경우 다시 RRC-Idle 상태로 돌아가는데, 만약 단말이 RRC-Idle 상태로 돌아가더라도 MME는 빠른 접속을 위해 일정 시간 동안 단말의 정보를 가지고 있다. 하지만 많은 단말이 연결되어 있는 경우 시스템의 부하를 증가시킨다.

 

그래서 RRC contected cookie 가 만들어졌다.

최초에 단말이 네트워크에 인증을 받고 접속하면 RRC 연결에 대한 context cookie를 만들어 단말에게 보낸다. 단말은 context cookie를 이용해 보다 빠르게 접속할 수 있게 된다.

 

단말이 RRC-Idle (대기)상태에서 적은 데이터를 보내는 경우 

= context cookie와 데이터를 동시에 전송 가능 (별다른 RRC-Connection 절차 없이)

 

단말이 RRC-Idle (대기) 상태에서 많은 데이터를 보내는 경우 

= context cookie를 이용해 기지국과 빠르게 연결한 후 데이터 전송