PS-LTE 재난안전망 시스템 기술 및docshare01.docshare.tips/files/30649/306496218.pdf · Group Communication System Enabler Device -to Device Relay ProSe (D2D) Proximity-based

PS-LTE 재난안전망 시스템 기술 및 솔루션

PS-LTE 재난안전기술 워크샵 2015 2015. 3.11

A Content

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PS-LTE 재난안전망 시스템 기술 PS-LTE 네트워크 아키텍쳐

PS-LTE 관련 주요 기술

상용망 활용 및 망연동 기술

In-Building IoT based PS-LTE

시스템 제품 및 솔루션


PS-LTE 네트워크 구성도

3

IP 망

재난안전통신망 망관리센터

기타

통합관제

망관제

시험환경

NMS

백업장비

EMS-C

EMS-R

ESM

응용

시스템

PTT(통화) 영상서비스 문자서비스 녹취녹화 Platform

GIS 단말

가입/해지 빌링시스템 MDM FOTA

… … … … …

IMS

EPC MME

HSS/SPR

S-GW P-GW

NW

보안 DNS

방화벽

Firewall

침입탐지

IDS

침입방지

IPS 백본SW

PCRF eMBMS

CSCF

HSS MGCF MRF M-GW 망연동

연동 G/W

RoIP

상용망 연계

연계 G/W

안전망 중앙관제 이용기관 지역상황실

TETRA

iDEN

V/UHF

기존 무선망

표준지령시스템 표준지령시스템

기존 시스템

IP 망

IP 망 PSTN

위성

해상망(e-Navi)

EPC

철도망(LTE-R)

EPC

상용망

EPC

단말기

백본

백홀

센터

백본

권

역

량

광

역

량

기

초

량

센터 백본

중부권 충청 전라권

강원 내 시·군

광주 내 시·군

정선 내 시·군

광산구 내 동

이동 기지국

DU/RU …

DU

Power

공조

국사(자가)

UPS

국사(임차)

DU

RU

RU

RU

RU

RU

RU

안테나

(Omni형)

스마트폰형

휴대형

무전기형

휴대형

차량형

고정형

EPC

※ 출처: ‘14.12.18 LG CNS 발표자료

TAS

IBCF

ProSE Function/Server


3GPP PS-LTE 관련 주요 기술

4

MCPTT Mission Critical Push-To-Talk

IOPS Isolated eUTRAN Operation for

Public Safety

GCSE Group Communication System

Enabler

eProSe ext. Device-to-Device Relay

ProSe (D2D) Proximity-based Service

(Device-to-Device)

MBMS Multimedia Broadcast Multicast

Service

기간망 유실

Rel.12

Rel.13


3GPP GCSE(Group Communication System Enabler)

5

• Group Communication Service Application Server(GCS AS)에서 UE 그룹으로 application signaling과 data 전송

– Unicast와 Multicast(eMBMS) 영역간 이동시 서비스 연속성 지원

– Uplink는 VoLTE/영상전화와 동일한 방식

– eMBMS로 수신만 하는 경우 Idle 상태에서 수신 가능 수천명 이상 다자 통화 지원

GCS AS Unicast eMBMS

BM-SC/ MBMS-GW

eNB

UE-1

S/P-GW

eNB eNB eNB

UE-1 UE-1 UE-1 UE-1 UE-1

eMBMS Area (Source: 3GPP TR 23.768)

MB2-U MB2-C New Reference Point

(3GPP TS 23.468)

GCS AS : Group Communication Service Application Server BM-SC : Broadcast Multicast Service Center MBMS GW : Multimedia Broadcast/Multicast Service Gateway


PTT Service Continuity

6

Unicast eMBMS eMBMS Unicast

• Unicast ↔ eMBMS 영역간 이동

UE

eNB2 (target) (MBMS)

eNB1 (source)

(non - MBMS) MME

BM - SC / MBMS GW

GC - AS

(3) UE performs HO from eNB1 to eNB2

(6.2) GC - AS terminates unicast delivery

(5) UE scans for eMBMS

service

(6.1) Informs GC - AS about multicast reception

(4) MME indicates TMGI to UE

(5.1) UE joins eMBMS bearer service

GC with unicast delivery to UE (via eNB1)

(1) UE indicates GC - ID (e.g. APN) to MME during GC service setup

(2) MME stores GC - ID in MBMS bearer

context

MBMS bearer establishment (via eNB2)

GC with unicast delivery to UE (via eNB2)

broadcasting

receiving GC service over MRB

UESource

eNBBM-SC PCRF GCSE AS

2. Identified the service is not provided over eMBMS in the target

eNB

5. Decision to provide the service over

unicast

1.Group Communication Traffic received over eMBMS

7. Begin establishing dedicated bearer for the service delivery as per 3GPP standard

6. service over unicast request Ack

8. the delivery of the service over the unicast bearer

4. service over unicast bearer request

target eNB

3. If the UE is in RRC_Idle, establish RRC

connection to the network

(Source: 3GPP TR 36.868) (Source: 3GPP TR 23.768)

* TMGI: Temporary Mobile Group Identity


PTT Call Setup Delay 단축

7

MBCP : Media Burst Control Protocol

단말 Turn ON 시 PTT Session Join MBCP로 발언권 획득

LTE/EPC

IMS

PTT Server

eMBMS

3. IMS Registration

2.LTE Attach

1.UE Power On

4. PTT Registration

5. Group Session Join

1

2 3

4

5

6

6. eMBMS Session Info.

7 7. Listening Media

Burst from eMBMS Session

LTE/EPC

PTT Server

eMBMS

1 1.Push Talk Button

2 2.MB_Request

3 3.MB_Grant

4 4.MB_Taken

5 6 5.Media Burst

6.Media Burst

단말은 Power On 시, PTT 서버에 registration하고,

소속 그룹 세션에 참여하여 다른 그룹원의 Media Burst를 청취할 수 있음


eMBMS Enhancements

8

Unicast delivery of a stream

Broadcast delivery of a stream

3

Note: The optimized threshold value is dependent of the radio capacity

and the required bit rate of a stream

• 효율적인 무선 자원 활용 – Group user수에 따른 Unicast ↔ Broadcast 변환(Rel.12)

• Group Call Congestion Handling

– Congestion 상황 대비한 Broadcast/Unicast 자원 할당 제어 (Rel.13)


eMBMS Enhancements

9

• eMBMS 경계지역에서의 성능 향상

Interference

0:45

Interference Avoidance

Sub-frame number 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

#1 #1

#2 #2

Sub-frame number 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

#1 ↓* #1 ↓*

↓* #2 ↓* #2 ↓*: Power Down/Blanking at border


ProSe (D2D)

10

• ProSe Reference Architecture ProSe Function: Direct communication 인증 및 설정 관리

UE

ProSe APP

LTE - Uu

E - UTRAN

UE

ProSe APP

EPC

S 1

ProSe APP Server

SGi

ProSe Function

PC 4

PC 2

PC 5 LTE - Uu

PC 3

PC 1

PC 6 (Source: 3GPP TR 23.703)

• 기지국 제어에 의한 D2D 통신 절차 – 단말 D2D request

– 기지국 D2D 자원 할당(uplink 자원)

– 송신 단말 SA + D2D data 전송

– 수신 단말 SA + D2D data 수신

※ 기지국 제어 없는 D2D 통신에서는 미리 설정된 SA(Scheduling Assignment) 자원 풀과 D2D 데이터 자원 풀을 사용함

D2D data is available to send

Scheduling Request

RRC Connection Reconfiguration procedure

(SR information, BSR related information, etc)

UL Grant (PDCCH indicated by C-RNTI)

Buffer Status Report for D2D or

Buffer Status Report for D2D + Cellular Data

Grant for SA/D2D data (PDCCH indicated by

D2D-RNTI)

SA + D2D data


EPC 기반 상용망 활용 기술

11

3GPP EPC Network를 통해 상용망 연동이 가장 유리

상용망 Core(EPC)

PLMN ID : 1 (안전망)

PLMN ID : 3 (상용망)

- RAN Sharing 시 안전망과 상용망간의 광선로를 새로 구축해야 하기 때문에 추가 비용 발생 불가피

- EPC Network를 통해 상용망 활용이 유리(단, 보안 이슈는 VPN 등 검토 필요)

Note : 단말에 우선 순위 설정

PLMN1 이 잡힐 때는 PLMN 1에 우선 접속

PLMN1이 잡히지 않을 경우 PLMN2에 접속

MME

SGW

MME

SGW

PLMN : Public Land Mobile Network

PLMN ID : 기지국에서 주기적으로 broadcast하는 무선 access 망 식별자

PLMN ID : 1 (안전망)

PGW

PGW

재난망 Core(EPC)

전용회선 구축비용 추가발생

Core 연동을 통해 비용 최소화 가능(가장 Simple한 구조)

상용망 LTE

안전망 LTE


IMS 기반 MCPTT

12

IMS는 MCPTT에 요구되는 기능들을 기 지원

Applications

of Public

Safety B

MCPTT

Application

Server

MCPTT

UE

Group

Management

Function

S-CSCF

P-CSCF

Media

Resource

Function

MCPTT

Application

Server

Media

Resource

Function

Group

Management

Function

IMS Core

SGW

MMEPDN GW

HSS

E-UTRAN

Applications of

Public Safety A

Key:User data & embedded Control

Control signallingInter PS operator signalling

ISC

(MCP-1)

MCP-4

(to UE)

GMF-2

Cr/Mr’

GMF-1

(to UE)

MCP-3

GMF-3

GC1-U

(to UE)

BMSCMB2-U

MB2-C

MCP-2

(to UE)

PS-UDF

Cx

GC1

Rx

I/S-CSCF

PCRFGx

IMS Core

ISC

GMF-4)

TR 23.779 : Study on architectural enhancements to support Mission Critical Push To Talk over LTE (MCPTT) services

가입자 인증 가입자 등록

SIP Session 관리

QoS (PCRF 연동)

우선순위

망 연동

부가서비스

멀티미디어


PTT Signal PTT Media

IMS 기반 안전망 연동 기술

13

3GPP IMS Network를 통해 망 연동이 가장 유리

- 안전망과 철도망 간의 그룹 통신시 IMS를 이용하여 연동하는 것이 가장 유리

- 기관별 안전망 구축 시 여러 기관을 하나의 그룹으로 구성하여 통신시 IMS 연동이 가장 유리

※ Non-IMS SIP Core의 경우 SIP Core간 연동 규격 신규 정의 및 연동 GW 적용 필요

안전망 Core

철도망 Core

PTT 서버

PTT 서버

IMS

IMS

안전망 단말

철도망 단말

안전망 Core

철도망 Core

PTT 서버

PTT 서버

EPC

EPC

안전망 단말

철도망 단말

http://www.google.co.kr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=HC05hwQx9vPWaM&tbnid=GCn91yCqePy8qM:&ved=0CAUQjRw&url=http://ocer.kr/7008&ei=5guuU9uEGcfkkAWlz4C4BA&bvm=bv.69837884,d.dGI&psig=AFQjCNHGq4JWvop0gifxrODJLloH3oZeDA&ust=1404001591180818





In-Builiding IoT based PS-LTE

14

In-Building IoT with Sensor RAU

Sensor RAU : Sensor에게 wireless connectivity 제공

DU : sensor RAU 관리, sensor 정보를 IoT 서버로 전달

IoT Server : sensor 정보 분석 및 저장

Indoor Navigation, 층별 인원, 온도 인식,

화재 , 침입 감시 등

Optic

Optic

Optic

: Sensor RAU

HUB

IoT Server

ZigBee Bluetooth

Sensor

단말

PS-LTE

상황 인식 정보 - 빌딩 내 인원 & 위치 - 위치별 온도 - CCTV 영상


재난 · 철도 · e-Nav 등 공공 통합망 지원 아키텍쳐

15

Public Safety NW 공공기관별 NW

Service Network

무선 Network

단말

공통 사용 (재난 + 철도 + e-Nav)

기관별 Vital 트래픽에 대하여 전용 자원 할당

e-Nav 재난 철도

광대역 주파수

Service Network : 물리적 망 분리 (단말 인증, 보안)

무선 Network : 논리적 망 분리 (RAN sharing, Prioritized Air Resource Allocation)

End-to-end Security 지원

A Content


PS-LTE 재난안전망 시스템 기술

시스템 제품 및 솔루션 Core / Access 제품

GCSE-LTE 기반의 PTT 솔루션

타망과의 연동 G/W

망 장애시 서비스 솔루션


Core / Access 제품

17

Core 제품

- 안전망 운용에 적합한 Compact Type의 통합 EPC/IMS solution

- 안전망 생존성 보장을 위한 이중화 제공 (장비 이중화, board 이중화)

- 3GPP 표준 준수

MME

SAE GW

PCRF

CSCF

TAS

HSS

- 안전 망 주파수용 기지국 Solution (Band 28, 10MHz)

- 다수 중계기 지원으로 효율적 망 확장성 지원

- 공공통합망 지원 가능

Access 제품


GCSE-LTE 기반의 PTT 솔루션

18

GCSE

MBMS GW

MME

MCE

eNB

PTT 시스템

BM-SC

GCS AS

지령대

GCSE : Group Communication Service Enabler GCS AS : Group Communication Service Application Server PTT : Push To Talk

BM-SC : Broadcast Multicast – Service Center MBMS GW : Multimedia Broadcast Multicast Service Gateway MME : Mobility Management Entity

MCE : Multi-cell/multicast Coordination Entity eNB : E-UTRAN Node B UE : User Equipment

UE

GCSE Service Area

eMBMS

GCSE Signaling

GCSE Bearer for Multimedia eMBMS Signaling

eMBMS Bearer for Multimedia

광역 Broadcast 지령 가능

3GPP eMBMS + 3GPP Rel.12 GCSE

- eMBMS : PTT 단말로 Broadcast 방식의 지령

- GCSE : GCS (PTT) AS 와 eMBMS 시스템 간 연동 규격












타망과의 연동 G/W

19

구 분 세부 내역 비 고

RMS • RoIP 제어, 상태 및 장애 관리, Config 변경 RoIP 단말 원격 제어

RoIP 모듈 • RMS ↔ 기존 무선망(TETRA/VHF/UHF)의 단말 간 Signaling

& Traffic 처리

음성 서비스 • PTT 그룹통화, 발언권 제어(TETRA/VHF/UHF) PTT와 연계

신호처리 • SIP, RTP 처리

TETRA 교환기/기지국

TETRA 단말기

RoIP 모듈

RoIP 모듈

TETRA

Voice & Control

V/UHF 단말기

RMS

Voice & Control

SIP,RTP/IP

V/UHF

[ PS-LTE ]

http://www.google.co.kr/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=IdDxNTv7ZjeMKM&tbnid=jqCbcXPLWqA9uM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.unimo.co.kr/src/bbs/board.php?bo_table=sub01101&wr_id=1&ei=tGmtU-HQEITe8AXNtIGIAw&bvm=bv.69837884,d.dGc&psig=AFQjCNFbSHSbJ5_Ge_lZ21GxMPD0TMBSew&ust=1403960080462024

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망 장애시 서비스 솔루션 - 이동기지국

20

이동기지국은 단독기지국 운용모드 대안으로 도입 필요

- 백홀이 지원될 수 없는 상황을 고려

- 차량에 탑재 가능한 소형 장비 solution을 통한 긴급 통신 복구 제공

- 재난 상황하에서 Cell 반경 內 다수의 경찰·소방 인력의 업무 수행에 대비,

GCSE-LTE 기반 PTT 지원 필요

MCE

MME

GCSE서버 TAS

SAE GW

HSS/SPR

CSCF

지령장치

eNB

PCRF

MRF

Macro

UE

GCSE Service Area

UE

Broadcast 지령












망 장애시 서비스 솔루션 - 단독 기지국

21

- 기지국 단독으로 서비스 제공 (제한된 서비스만 제공)

단독 기지국 mode Normal

※ Rel 13. 표준화 결과에 따라 지원 방식, 지원 범위 달라질 수 있음

Backhaul 망 장애 발생시 서비스 지원

부가 Service용으로 사용

PS용으로 용도 전환


3GPP PS-LTE 표준 지원 방안

22

PS-LTE 표준 : 3GPP Rel.12(GCSE-LTE, D2D) + Rel.13(MCPTT, IOPS, D2D Relay)

- ’15년 시범단계 : 3GPP Rel.12와 OMA PoC 2.1 혼합 지원

· 단독기지국 운용모드(IOPS) : 이동기지국 대체 활용

- ’16년 확장단계 : 3GPP PS-LTE 표준 Fully 지원 (~ ’16년 말)

· MCPTT 기능 업그레이드 : 기존 OMA PoC 2.1 규격을 MCPTT 규격으로 S/W 업그레이드

· D2D, D2D Relay : ’16년 하반기 출시 예정

· 단독기지국 운영모드(IOPS) : 기지국 H/W 추가 가능성 여부 미정 (표준화 진행 中)

’15년 시범단계 ’16년 확장단계 국가재난안전통신망

3GPP IMS(IP Multi-media Subsystem) Platform 기반

단독기지국 운용모드(IOPS)

PTT 단말 App.

DMO(D2D) 단말 중계기능

DMO(D2D) 1:1 개별통신

동적그룹 관리기능

GCSE-LTE (가입자 용량 확보)

DMO(D2D) 1:M 그룹통신

GCSE-LTE (가입자 용량 확보)

OMA PoC 2.1 규격

PTT 그룹통신/관리, 단말 App.

3GPP Rel.12

OMA PoC 2.1

+

이동기지국 활용

3GPP Rel.13

MCPTT

Migration

DMO(D2D) 1:M 그룹통신

표준화와 개발 동시 추진을 통해 표준-개발 시차 최소화


주요 사업화 일정

23

3GPP Rel.12 PS-LTE 제품 공급으로 年內 시범 사업 완료 가능

구분 ’15년

1月 2月 3월 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12월

ISP 완료 장비공급 / 구축

시범 서비스

(eNB, EPC, IMS, eMBMS, PTT 솔루션)

TTA Demo

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