초보자를 위한 PDU Session Establishment 가이드: 스마트폰이 인터넷에 연결되는 원리

🎯 기술 개요

5G Core PDU Session Establishment Procedure
📊 적용 Release: 3GPP Release 15+ (Rel-15/16/17)
🎯 타겟 레벨: 🔰초급 (5G Core 기본 지식 필요)
💡 핵심 가치: 단말이 5G 네트워크에서 실제 데이터 통신을 시작하기 위한 세션 연결 과정을 체계적으로 학습하고, Registration 이후의 핵심 절차를 완전히 이해할 수 있습니다.

🚀 스마트폰의 전원을 켜고 네트워크에 등록(Registration)이 완료되었다면, 이제 실제로 인터넷을 사용할 수 있을까요? 아직 한 단계가 더 남아 있습니다! 바로 PDU Session을 설정하는 과정입니다. 이는 마치 호텔에 체크인을 완료한 후, 실제로 방 열쇠를 받고 엘리베이터 카드를 활성화하여 모든 서비스를 이용할 수 있게 되는 것과 같습니다.

Registration이 "내가 누구인지 확인하는 과정"이었다면, PDU Session Establishment는 "내가 어떤 서비스를 어떻게 사용할 것인지 구체적으로 정하는 과정"입니다. 이 과정에서 단말은 인터넷 연결을 위한 IP 주소를 받고, 데이터가 흘러갈 통로를 만들며, 어떤 속도와 품질로 서비스를 받을지 결정하게 됩니다.

🏗️ PDU Session의 배경 및 표준화

🔰 초급자를 위한 핵심 포인트
PDU Session이란 "Protocol Data Unit Session"의 줄임말로, 단말과 외부 데이터 네트워크(인터넷) 간의 논리적인 연결을 의미합니다. 쉽게 말해, 데이터 통신을 위한 "가상의 파이프"라고 생각하면 됩니다.

5G Core에서 PDU Session의 개념은 4G LTE의 EPS Bearer를 발전시킨 형태입니다. 4G에서는 각각의 서비스마다 별도의 Bearer를 설정해야 했지만, 5G에서는 하나의 PDU Session 안에서 여러 개의 QoS Flow를 통해 다양한 서비스를 효율적으로 처리할 수 있게 되었습니다.

📚 3GPP 표준화 히스토리

Release 15 (2018): PDU Session 기본 개념 도입
Release 16 (2020): 5G Standalone 지원을 위한 PDU Session 확장
Release 17 (2022): Edge Computing 및 Network Slicing 연동 강화
Release 18 (2024): AI/ML 기반 최적화 및 6G 준비

PDU Session이 왜 필요했을까요? 현대의 스마트폰은 동시에 여러 가지 서비스를 사용합니다. 카카오톡으로 메시지를 보내면서, 유튜브로 동영상을 시청하고, 동시에 게임을 하는 경우를 생각해보세요. 각각의 서비스는 서로 다른 품질 요구사항을 가집니다. 메시지는 지연이 적어야 하고, 동영상은 큰 대역폭이 필요하며, 게임은 매우 낮은 지연시간이 중요합니다.

PDU Session은 이러한 다양한 요구사항을 하나의 연결 안에서 효율적으로 관리할 수 있는 혁신적인 방법을 제공합니다. 마치 고속도로에서 일반 차선, 버스 전용 차선, 응급차 전용 차선이 구분되어 있는 것처럼, 하나의 PDU Session 안에서도 서비스별로 최적화된 데이터 흐름을 만들 수 있습니다.

🏛️ PDU Session 아키텍처 구조

📋 PDU Session 설정 관련 5G Core 아키텍처

flowchart TD UE[UE] --> gNB[gNB] gNB --> AMF[AMF] AMF --> SMF[SMF] SMF --> UPF[UPF] UPF --> DN[Internet] AMF --> AUSF[AUSF] AMF --> UDM[UDM] SMF --> PCF[PCF] SMF --> UDM UE -.-> DN

PDU Session 설정에는 주로 AMF, SMF, UPF가 핵심 역할을 담당하며, PCF와 UDM이 정책 및 가입자 정보를 제공합니다. UE는 gNB를 통해 5G Core와 통신하고, 최종적으로 UPF를 거쳐 외부 데이터 네트워크(인터넷)에 연결됩니다.

PDU Session 아키텍처의 가장 큰 특징은 Control Plane과 User Plane의 완전한 분리입니다. Control Plane에서는 AMF와 SMF가 세션 설정과 관리를 담당하고, User Plane에서는 UPF가 실제 데이터 전송을 처리합니다. 이러한 구조는 각 기능을 독립적으로 확장하고 최적화할 수 있게 해줍니다.

🎯 PDU Session의 핵심 구성 요소

PDU Session Type: IPv4, IPv6, IPv4v6, Ethernet, Unstructured
SSC Mode: Session and Service Continuity 모드 (1/2/3)
S-NSSAI: Single Network Slice Selection Assistance Information
DNN: Data Network Name (APN의 5G 버전)
QoS Flow: 서비스별 품질 보장 단위

1. PDU Session Type 이해하기

PDU Session Type은 단말이 어떤 형태의 데이터 통신을 할 것인지를 결정합니다. 각각의 타입은 서로 다른 용도와 특징을 가지고 있습니다:

IPv4: 전통적인 인터넷 프로토콜, 대부분의 일반적인 모바일 서비스
IPv6: 차세대 인터넷 프로토콜, IoT 및 대용량 주소 공간 필요 시
IPv4v6: 듀얼 스택, IPv4와 IPv6을 동시 지원
Ethernet: 산업용 IoT, 실시간 제어 시스템
Unstructured: 특수한 애플리케이션, 커스텀 프로토콜

일반적인 스마트폰 사용자의 경우 IPv4 또는 IPv4v6 타입을 사용하게 됩니다. 하지만 5G가 지원하는 다양한 산업 분야에서는 Ethernet이나 Unstructured 타입이 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 자동차 공장의 로봇 제어 시스템은 Ethernet 타입을 사용하여 실시간으로 정밀한 제어 신호를 주고받을 수 있습니다.

2. SSC Mode의 중요성

SSC Mode는 단말이 이동할 때 세션의 연속성을 어떻게 유지할 것인지를 결정하는 중요한 개념입니다:

SSC Mode	특징	사용 사례	IP 주소 변경
Mode 1	세션 유지	일반 모바일 서비스	변경 없음
Mode 2	네트워크 주도 해제	지역 기반 서비스	가능
Mode 3	단말 주도 해제	Edge Computing	가능

Mode 1은 가장 일반적인 모드로, 사용자가 서울에서 부산까지 이동하더라도 동일한 IP 주소를 유지하며 끊김 없는 서비스를 제공합니다. Mode 2와 3은 특수한 상황에서 사용되며, 특히 Edge Computing 환경에서는 사용자의 위치에 따라 가장 가까운 Edge 서버로 연결을 전환하기 위해 Mode 3를 사용할 수 있습니다.

🔧 PDU Session 관련 Network Function 분석

1. SMF (Session Management Function)의 핵심 역할

📱 SMF의 주요 기능

세션 생성 및 관리: PDU Session의 전체 생명주기 관리
IP 주소 할당: 단말에게 적절한 IP 주소 제공
UPF 선택 및 제어: 최적의 User Plane 경로 설정
QoS 정책 적용: PCF로부터 받은 정책을 실제 적용
과금 정보 생성: 데이터 사용량 및 과금 정보 관리

SMF는 PDU Session의 "총괄 매니저"라고 할 수 있습니다. 사용자가 PDU Session을 요청하면, SMF는 마치 숙련된 웨딩 플래너처럼 모든 것을 조율합니다. 어떤 UPF를 사용할지, 어떤 IP 주소를 할당할지, 어떤 품질로 서비스를 제공할지 등 모든 결정을 내리고 실행합니다.

특히 5G에서는 하나의 AMF 영역에 여러 개의 SMF가 존재할 수 있으며, 각 SMF는 특정 지역이나 서비스 유형에 특화될 수 있습니다. 예를 들어, 서울 지역의 일반 인터넷 서비스를 담당하는 SMF와 전국 단위의 IoT 서비스를 담당하는 SMF가 별도로 운영될 수 있습니다.

2. UPF (User Plane Function)의 데이터 처리

🌐 UPF의 핵심 기능

패킷 라우팅: 데이터 패킷의 최적 경로 결정
QoS 처리: 서비스별 품질 보장 및 트래픽 제어
과금 측정: 실제 데이터 사용량 정확한 측정
패킷 검사: 보안 및 정책 준수 확인
트래픽 최적화: 네트워크 효율성 향상

UPF는 실제 데이터가 흘러가는 "고속도로"의 역할을 담당합니다. SMF가 경로를 계획한다면, UPF는 실제로 데이터를 빠르고 안전하게 전송하는 일을 합니다. 5G에서는 UPF의 위치와 성능이 전체 서비스 품질에 큰 영향을 미치기 때문에, 지역별로 분산 배치하거나 Edge Computing과 연동하여 지연시간을 최소화하는 전략이 중요합니다.

3. PCF (Policy Control Function)의 정책 관리

⚖️ PCF의 정책 제어

QoS 정책 수립: 서비스별 품질 기준 설정
과금 정책 적용: 요금제별 사용 제한 및 우선순위
접근 제어: 특정 서비스나 사이트에 대한 접근 권한
트래픽 조절: 네트워크 혼잡 시 트래픽 우선순위 결정
슬라이싱 정책: Network Slice별 자원 할당 정책

PCF는 PDU Session의 "규칙 제정자"입니다. 사용자의 요금제, 현재 네트워크 상황, 서비스 유형 등을 종합적으로 고려하여 해당 세션에 적용할 정책을 결정합니다. 예를 들어, 무제한 요금제 사용자라도 네트워크가 혼잡한 시간대에는 일시적으로 속도를 조절하거나, 응급 상황에서는 일반 사용자보다 공공안전 서비스의 우선순위를 높이는 등의 지능적인 정책을 적용합니다.

🔌 PDU Session 인터페이스 및 프로토콜 분석

PDU Session 설정 과정에서는 여러 Network Function 간에 다양한 인터페이스를 통해 통신이 이루어집니다. 각 인터페이스는 특정한 목적과 프로토콜을 사용하여 정확하고 효율적인 세션 설정을 보장합니다.

📋 PDU Session 인터페이스 구조

graph LR UE[UE] ---|N1| AMF[AMF] AMF ---|N11| SMF[SMF] SMF ---|N4| UPF[UPF] UPF ---|N6| DN[Internet] UE ---|N3| gNB[gNB] gNB ---|N2| AMF SMF ---|N7| PCF[PCF]

PDU Session 설정에 관련된 주요 인터페이스들입니다. N1(UE-AMF), N11(AMF-SMF), N4(SMF-UPF)가 핵심 제어 경로이며, N3(UE-gNB), N9(UPF-UPF), N6(UPF-DN)이 데이터 경로를 형성합니다.

1. N1 인터페이스: UE와 AMF 간 통신

프로토콜: 5G NAS (Non-Access Stratum)
주요 메시지: PDU Session Establishment Request/Accept
역할: 단말의 세션 요청을 AMF로 전달하고 결과를 수신
특징: 암호화되어 보안성 보장, gNB는 단순 릴레이 역할

N1 인터페이스는 단말과 5G Core 간의 "첫 번째 관문"입니다. 사용자가 인터넷에 연결하고 싶다는 요청을 하면, 이 인터페이스를 통해 AMF에게 전달됩니다. 중요한 점은 gNB는 이 메시지의 내용을 해독할 수 없고, 단순히 전달만 한다는 것입니다. 이는 보안성을 높이고 RAN과 Core의 독립성을 보장합니다.

2. N11 인터페이스: AMF와 SMF 간 통신

프로토콜: HTTP/2 기반 RESTful API
주요 서비스: Nsmf_PDUSession, Namf_Communication
역할: AMF가 SMF에게 세션 관리 업무를 위임
특징: 클라우드 네이티브 아키텍처, 마이크로서비스 방식

N11 인터페이스는 5G Core의 혁신을 보여주는 대표적인 예입니다. 기존 4G의 복잡한 전용 프로토콜 대신, 웹 기술에서 검증된 HTTP/2와 RESTful API를 사용합니다. 이는 개발과 운영을 단순화하고, IT 업계의 표준 기술을 활용할 수 있게 해줍니다. AMF는 마치 웹 클라이언트처럼 SMF에게 API 호출을 통해 세션 설정을 요청합니다.

3. N4 인터페이스: SMF와 UPF 간 제어 통신

프로토콜: PFCP (Packet Forwarding Control Protocol)
주요 기능: 세션 설정, 수정, 삭제 제어
역할: SMF가 UPF의 데이터 처리 규칙을 설정
특징: Control/User Plane 분리의 핵심 인터페이스

N4 인터페이스는 5G Architecture의 핵심 원칙인 "Control Plane과 User Plane 분리"를 실현하는 중요한 인터페이스입니다. SMF는 이 인터페이스를 통해 UPF에게 "이런 조건의 패킷이 오면 이렇게 처리하라"는 세밀한 지시를 내립니다. 마치 교통 관제센터에서 각 교차로의 신호등을 원격으로 제어하는 것과 같습니다.

💡 PFCP 메시지 예시

PFCP Session Establishment Request: UPF에게 새로운 세션 생성 지시
PFCP Session Modification Request: 기존 세션의 QoS나 라우팅 규칙 변경
PFCP Session Deletion Request: 세션 종료 시 UPF 리소스 해제

📞 PDU Session Establishment 상세 Call Flow

이제 실제로 스마트폰에서 인터넷 연결을 위한 PDU Session이 어떻게 설정되는지 단계별로 살펴보겠습니다. 이 과정은 마치 정교한 오케스트라 연주처럼 여러 Network Function이 조화롭게 협력하여 이루어집니다.

📋 PDU Session Establishment Call Flow

sequenceDiagram participant UE participant AMF participant SMF participant UPF participant PCF participant UDM UE->>AMF: Session Request AMF->>SMF: Create Context SMF->>UDM: Get User Data UDM->>SMF: User Data SMF->>PCF: Policy Request PCF->>SMF: Policy Response SMF->>UPF: Setup Session UPF->>SMF: Setup Complete SMF->>AMF: Session Ready AMF->>UE: Session Accept

PDU Session 설정의 전체 과정을 보여주는 시퀀스 다이어그램입니다. UE의 요청부터 시작하여 실제 데이터 통신이 가능해질 때까지의 모든 단계가 포함되어 있습니다.

1. 단말의 PDU Session 요청 (Step 1-2)

📱 Step 1

UE → AMF: PDU Session Establishment Request
단말이 인터넷 연결을 위해 AMF에게 PDU Session 설정을 요청합니다. 이 메시지에는 원하는 세션 타입(IPv4/IPv6), DNN(Data Network Name), S-NSSAI 등의 정보가 포함됩니다.

사용자가 브라우저를 열거나 앱에서 인터넷 연결이 필요한 작업을 시도하면, 단말은 자동으로 PDU Session 설정을 요청합니다. 이 요청에는 단말이 어떤 종류의 네트워크 서비스를 원하는지에 대한 상세한 정보가 담겨 있습니다. 예를 들어, 일반적인 인터넷 서비스를 원한다면 DNN을 "internet"으로, 특별한 IoT 서비스를 원한다면 해당 서비스의 고유한 DNN을 지정합니다.

🎯 Step 2

AMF → SMF: Nsmf_PDUSession_CreateSMContext
AMF는 단말의 요청을 분석하고, 적절한 SMF를 선택하여 세션 관리 컨텍스트 생성을 요청합니다. AMF는 단말의 위치, 요청하는 서비스 유형, 네트워크 슬라이스 정보 등을 고려하여 최적의 SMF를 선택합니다.

AMF의 SMF 선택 과정은 매우 지능적입니다. 단순히 가장 가까운 SMF를 선택하는 것이 아니라, 단말의 현재 위치, 요청하는 서비스의 특성, 각 SMF의 현재 부하 상황, 그리고 운영자의 정책 등을 종합적으로 고려합니다. 예를 들어, 게임 서비스를 위한 세션이라면 지연시간이 낮은 SMF를, 대용량 파일 다운로드라면 높은 처리 능력을 가진 SMF를 선택할 수 있습니다.

2. 가입자 정보 및 정책 확인 (Step 3-6)

📊 Step 3-4

SMF ↔ UDM: 가입자 정보 조회
SMF는 UDM으로부터 해당 단말의 가입자 정보를 조회합니다. 여기에는 허용된 DNN 목록, QoS 프로파일, 데이터 사용 제한 등이 포함됩니다.

이 단계에서 SMF는 "이 사용자가 정말로 요청한 서비스를 사용할 권한이 있는가?"를 확인합니다. 단순히 요금제 정보만 확인하는 것이 아니라, 사용자의 로밍 상태, 현재 데이터 사용량, 특별한 서비스 제한 사항 등을 종합적으로 점검합니다. 예를 들어, 해외 로밍 중인 사용자라면 홈 네트워크와의 약정에 따른 제한 사항이 적용될 수 있습니다.

⚖️ Step 5-6

SMF ↔ PCF: 정책 결정 요청
SMF는 PCF에게 해당 세션에 적용할 정책을 요청합니다. PCF는 사용자의 요금제, 현재 네트워크 상황, 서비스 유형 등을 고려하여 QoS 정책, 과금 정책, 접근 제어 정책 등을 결정합니다.

PCF의 정책 결정 과정은 5G Core의 지능성을 보여주는 핵심 부분입니다. PCF는 실시간으로 변화하는 네트워크 상황, 사용자의 과거 사용 패턴, 현재 시간대별 서비스 정책 등을 AI 기반으로 분석하여 최적의 정책을 수립합니다. 예를 들어, 네트워크가 혼잡한 시간대에는 일반 사용자의 속도를 일시적으로 조절하되, 응급 서비스나 중요한 비즈니스 서비스는 우선적으로 처리하는 지능적인 정책을 적용할 수 있습니다.

3. User Plane 설정 (Step 7-8)

🌐 Step 7-8

SMF ↔ UPF: 세션 설정
SMF는 선택된 UPF에게 PFCP 프로토콜을 통해 PDU Session을 위한 User Plane 설정을 지시합니다. UPF는 패킷 처리 규칙을 설정하고 IP 주소를 할당한 후 성공 응답을 보냅니다.

이 단계는 실제 데이터가 흘러갈 "파이프라인"을 구축하는 과정입니다. SMF는 UPF에게 매우 상세한 지시를 내립니다. "어떤 단말로부터 오는 패킷을 어떤 조건으로 필터링하고, 어떤 QoS를 적용하며, 어느 방향으로 라우팅할 것인가" 등 수십 개의 규칙을 설정합니다. UPF는 이러한 규칙을 하드웨어나 소프트웨어 기반으로 고속 처리할 수 있도록 내부 데이터 구조를 최적화합니다.

UPF에서 설정되는 주요 규칙들
PDR (Packet Detection Rule): 어떤 패킷을 감지할 것인가
FAR (Forwarding Action Rule): 감지된 패킷을 어떻게 처리할 것인가
QER (QoS Enforcement Rule): 어떤 품질로 처리할 것인가
URR (Usage Reporting Rule): 사용량을 어떻게 측정하고 보고할 것인가

4. 무선 구간 설정 및 완료 (Step 9-12)

📡 Step 9-11

AMF ↔ gNB: 무선 자원 설정
AMF는 gNB에게 PDU Session을 위한 무선 자원 설정을 요청합니다. gNB는 단말과의 무선 연결을 설정하고 QoS Flow를 생성한 후 완료 응답을 보냅니다.

무선 구간의 설정은 5G의 혁신적인 기능들이 실제로 적용되는 부분입니다. gNB는 단말과의 무선 연결에서 PDU Session에 정의된 QoS 요구사항을 만족시키기 위해 다양한 기술을 동원합니다. Massive MIMO, Beamforming, Carrier Aggregation 등의 기술을 조합하여 각 서비스별로 최적화된 무선 자원을 할당합니다.

✅ Step 12

AMF → UE: PDU Session Establishment Accept
모든 설정이 완료되면 AMF는 단말에게 PDU Session 설정 완료를 알립니다. 이 메시지에는 할당된 IP 주소, QoS 정보, 세션 ID 등이 포함됩니다.

마침내 단말은 인터넷에 연결할 수 있는 모든 준비가 완료되었음을 확인받습니다. 이제 사용자가 웹 브라우저를 열거나 앱을 사용하면, 데이터는 설정된 PDU Session을 통해 최적화된 경로로 빠르고 안전하게 전송됩니다.

⚙️ PDU Session 실무 구현 고려사항

PDU Session Establishment를 실제 5G 네트워크에서 구현할 때는 이론적인 절차 외에도 다양한 실무적 고려사항들이 있습니다. 이러한 요소들을 잘 고려해야 안정적이고 효율적인 서비스를 제공할 수 있습니다.

1. 성능 최적화 전략

🚀 세션 설정 시간 최적화

타겟: 100ms 이내 PDU Session 설정 완료
핵심 기법: Pre-configuration, Caching, Parallel Processing
측정 지표: Setup Success Rate, Average Setup Time, 99th Percentile Latency

현대 사용자들은 즉시성을 중요하게 생각합니다. 앱을 실행했을 때 데이터 연결이 지연되면 사용자 만족도가 크게 떨어집니다. 따라서 PDU Session 설정 시간을 최소화하는 것이 중요합니다. 이를 위해 다음과 같은 기법들을 사용할 수 있습니다:

Pre-configuration 기법
자주 사용되는 DNN과 QoS 설정을 미리 준비해두어 설정 시간 단축

Intelligent Caching
사용자의 과거 사용 패턴을 학습하여 필요할 정책과 설정을 예측하고 캐싱

Parallel Processing
UDM 조회와 PCF 정책 결정을 병렬로 처리하여 전체 소요 시간 단축

2. 대용량 트래픽 처리

5G 네트워크는 4G보다 훨씬 많은 동시 세션을 처리해야 합니다. 특히 IoT 기기의 폭발적 증가와 함께 수백만 개의 PDU Session이 동시에 활성화될 수 있습니다. 이를 효율적으로 처리하기 위한 전략이 필요합니다:

구성요소	확장성 목표	핵심 기술	성능 지표
SMF	100K+ 동시 세션	Horizontal Scaling	Session/sec
UPF	10Tbps+ 처리량	Hardware Acceleration	Throughput, Latency
PCF	1M+ 정책 결정/sec	AI-based Optimization	Decision Speed

3. 장애 상황 대응

🛡️ 고가용성 (High Availability) 설계

목표 가용성: 99.999% (연간 5분 이하 장애)
핵심 원칙: No Single Point of Failure
복구 시간: RTO < 30초, RPO < 1초

5G 네트워크는 사회의 핵심 인프라이므로 높은 안정성이 요구됩니다. PDU Session 관련 장애가 발생했을 때의 대응 전략을 미리 수립해야 합니다:

🔄 SMF 장애 시 복구 절차

1단계: Load Balancer가 장애를 감지하고 트래픽을 다른 SMF로 우회
2단계: 백업 SMF가 Redis 클러스터에서 세션 상태 정보를 복구
3단계: UPF와의 PFCP 세션을 재설정하여 데이터 플레인 복구
4단계: 영향받은 단말들에게 세션 재설정 없이 서비스 지속 제공

4. 보안 고려사항

PDU Session에는 사용자의 개인정보와 트래픽이 흘러가므로 강력한 보안 조치가 필요합니다. 5G는 기본적으로 강화된 보안 기능을 제공하지만, 실무에서는 추가적인 보안 조치를 고려해야 합니다:

종단간 암호화 (End-to-End Encryption)
단말부터 서비스 서버까지 모든 구간에서 암호화 적용

제로 트러스트 아키텍처
모든 네트워크 구성요소를 신뢰하지 않고 지속적인 검증 수행

AI 기반 이상 탐지
정상적이지 않은 세션 설정 패턴이나 트래픽 패턴을 실시간 감지

5. 모니터링 및 분석

📊 실시간 모니터링 대시보드

핵심 KPI: Session Setup Success Rate, Average Setup Time, Concurrent Sessions
알람 기준: Setup Failure > 0.1%, Setup Time > 200ms
분석 도구: Machine Learning 기반 예측 분석, 실시간 이상 탐지

PDU Session의 성능과 품질을 지속적으로 모니터링하고 개선하는 것이 중요합니다. 실시간 데이터를 바탕으로 네트워크 최적화와 장애 예방에 활용할 수 있습니다. 특히 AI/ML 기술을 활용하면 장애가 발생하기 전에 미리 예측하고 대응할 수 있습니다.

🎯 PDU Session Establishment 핵심 요약

🏗️ 기본 개념

PDU Session은 단말과 외부 데이터 네트워크 간의 논리적 연결로, 5G에서 실제 데이터 통신을 가능하게 하는 핵심 메커니즘입니다. Registration 이후 인터넷 사용을 위해 반드시 필요한 절차입니다.

🔧 핵심 구성요소

SMF(세션 관리), UPF(데이터 처리), PCF(정책 결정), UDM(가입자 정보)이 협력하여 사용자별로 최적화된 세션을 설정합니다. 각 NF는 독립적으로 확장 가능한 마이크로서비스 구조입니다.

📞 설정 절차

단말 요청 → SMF 선택 → 가입자 정보 확인 → 정책 결정 → UPF 설정 → 무선 자원 할당 → 설정 완료의 12단계 과정을 통해 안전하고 효율적인 세션을 구축합니다.

⚡ 성능 목표

100ms 이내 세션 설정, 99.999% 가용성, 수백만 동시 세션 지원을 목표로 하며, AI 기반 최적화와 지능적 장애 복구 기능을 제공합니다.

🌟 5G 혁신점

4G 대비 유연한 QoS 관리, 네트워크 슬라이싱 지원, Edge Computing 연동, 클라우드 네이티브 아키텍처를 통해 다양한 서비스 요구사항을 효율적으로 처리합니다.

❓ 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1. PDU Session과 4G의 Bearer는 어떻게 다른가요?
PDU Session은 4G Bearer보다 훨씬 유연합니다. 4G에서는 각 서비스마다 별도의 Bearer가 필요했지만, 5G에서는 하나의 PDU Session 안에서 여러 QoS Flow를 통해 다양한 서비스를 동시에 처리할 수 있습니다. 마치 고속도로에서 차선별로 다른 속도 제한을 두는 것처럼, 더 효율적이고 지능적인 관리가 가능합니다.

Q2. 왜 Registration 후에 별도로 PDU Session을 설정해야 하나요?
Registration은 "누구인지 확인"하는 과정이고, PDU Session은 "어떤 서비스를 어떻게 사용할지"를 정하는 과정입니다. 호텔 비유로 설명하면, Registration은 체크인(신원 확인), PDU Session은 룸키 받기와 부대시설 이용권 활성화에 해당합니다. 사용자마다 다른 요금제와 서비스 요구사항이 있기 때문에 개별적인 세션 설정이 필요합니다.

Q3. 하나의 단말이 여러 개의 PDU Session을 가질 수 있나요?
네, 가능합니다. 예를 들어, 일반 인터넷용 세션과 회사 VPN용 세션을 동시에 가질 수 있습니다. 각 세션은 서로 다른 DNN, QoS 정책, 보안 설정을 가질 수 있어서 서비스별로 최적화된 연결을 제공할 수 있습니다. 최대 개수는 네트워크 정책과 단말 성능에 따라 결정됩니다.

Q4. PDU Session 설정이 실패하면 어떻게 되나요?
설정 실패 시 단말은 자동으로 재시도를 수행하며, 여러 번 실패하면 다른 DNN이나 세션 타입으로 대안 연결을 시도합니다. 네트워크는 실패 원인을 분석하여 적절한 에러 코드를 제공하고, 운영자는 이 정보를 바탕으로 네트워크 최적화를 수행합니다. 사용자 관점에서는 "네트워크에 연결할 수 없음" 메시지를 받게 됩니다.

Q5. Edge Computing 환경에서 PDU Session은 어떻게 최적화되나요?
Edge Computing을 위해서는 지리적으로 가까운 UPF를 선택하고, SSC Mode 3을 활용하여 사용자 이동 시 동적으로 세션을 재설정할 수 있습니다. 또한 Application Function(AF)과의 연동을 통해 애플리케이션의 요구사항을 실시간으로 반영하고, Local Breakout을 통해 트래픽을 Core Network를 거치지 않고 직접 Edge로 라우팅할 수 있습니다.

📚 관련 규격 및 참고 자료

🎯 핵심 3GPP 규격

TS 23.502: Procedures for the 5G System (5GS)
→ PDU Session Establishment의 상세 절차와 시나리오 정의

TS 23.501: System architecture for the 5G System (5GS)
→ 5G Core 아키텍처와 Network Function 간 인터페이스 정의

TS 29.502: 5G System; Session Management Services
→ SMF와 다른 NF 간의 API 명세와 메시지 포맷 정의

🔧 인터페이스 및 프로토콜 규격

TS 24.501: Non-Access-Stratum (NAS) protocol
→ UE와 AMF 간 N1 인터페이스 메시지 상세 정의

TS 29.244: Interface between SMF and UPF
→ PFCP 프로토콜과 N4 인터페이스 상세 명세

TS 29.512: 5G System; Session Management Policy Control Service
→ SMF와 PCF 간 정책 제어 API 정의

📖 추가 학습 자료

ETSI 5G Standards
→ 유럽 표준화 기구의 5G 관련 표준 문서

GSMA 5G Implementation Guidelines
→ 전 세계 이동통신 사업자 협회의 5G 구현 가이드라인

5G Americas White Papers
→ 북미 지역 5G 기술 동향 및 구현 사례 연구

ITU-R IMT-2020 Recommendations
→ 국제전기통신연합의 5G 기술 권고사항

🎉 이제 여러분은 5G Core에서 실제 데이터 통신이 시작되는 PDU Session Establishment 과정을 완전히 이해하게 되었습니다! Registration으로 네트워크에 자신을 알린 후, PDU Session을 통해 최적화된 데이터 연결을 만드는 과정은 5G의 혁신적인 기능들이 실제로 작동하는 핵심 메커니즘입니다.

다음 단계에서는 "PDU Session이 설정된 후 실제 데이터가 어떻게 흘러가는가"와 "사용자가 이동할 때 세션이 어떻게 유지되는가" 등의 고급 주제들을 다뤄보겠습니다. 5G Core의 놀라운 세계를 계속 탐험해 보세요! 🚀