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PS-LTE 재난안전망 시스템 기술 및 솔루션
PS-LTE 재난안전기술 워크샵 2015 2015. 3.11
A Content
© Samsung Electronics. All Rights Reserved. Confidential and Proprietary.
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
© Samsung Electronics. All Rights Reserved. Confidential and Proprietary.
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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
© Samsung Electronics. All Rights Reserved. Confidential and Proprietary.
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 ]
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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
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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
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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
© Samsung Electronics. All Rights Reserved. Confidential and Proprietary.
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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