3GPP TS 23.285
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3GPP TS 23.285 (5G System; Architecture for Non-Public Land Mobile Networks)
1. 개요
3GPP TS 23.285는 5G 시스템(5GS) 내에서 비공개 육상 이동 네트워크(NPN, Non-Public Land Mobile Networks)를 구축하기 위한 아키텍처 및 절차를 정의하는 기술 표준 문서이다.
NPN은 특정 기업, 기관 또는 단체가 자신의 사업장이나 특정 구역 내에서 독자적으로 운영하는 전용 무선 네트워크를 의미한다. 이는 기존의 PLMN(Public Land Mobile Network)과 달리, 보안 강화, 초저지연(URLLC), 대규모 연결(mMTC) 등 특정 산업 요구사항에 최적화된 네트워크 환경을 제공하는 것을 목적으로 한다.
2. NPN의 분류 및 배포 모델
TS 23.285는 운영 주체, 코어 네트워크(CN)의 배치 위치, 그리고 PLMN과의 연결 방식에 따라 NPN을 세 가지 배포 모델로 분류한다.
2.1 배포 모델별 특징 비교
| 구분 | Standalone (독립형) |
Public Network Integrated (통합형) |
Public Network Hosted (호스팅형) |
|---|---|---|---|
| 코어 네트워크(CN) | NPN 전용 CN 구축 | NPN 전용 CN 구축 | PLMN CN 공유 |
| RAN (기지국) | NPN 전용 RAN | NPN 전용 RAN | NPN 전용 또는 PLMN RAN 공유 |
| 제어권 | NPN 운영자가 완전 제어 | NPN 운영자가 완전 제어 | PLMN 사업자가 제어 |
PLMN 연결성 |
선택적 (외부망 연결 가능) | PLMN과 연동 가능 |
PLMN에 완전히 의존 |
| 주요 목적 | 극도의 보안 및 독립성 | 고성능 및 외부 연동 | 구축 비용 절감 및 관리 편의 |
2.2 배포 모델별 상세 아키텍처 다이어그램
graph TD
subgraph "Standalone NPN"
UE1[NPN UE] -- N1/N2 --> gNB1[NPN gNB]
gNB1 -- N3 --> CN1[NPN Core Network]
CN1 -- N6 --> DN1[Local Data Network]
end
subgraph "Public Network Integrated NPN"
UE2[NPN UE] -- N1/N2 --> gNB2[NPN gNB]
gNB2 -- N3 --> CN2[NPN Core Network]
CN2 -- N16/N26 --> PLMN_CN[Public PLMN Core]
PLMN_CN -- N6 --> DN2[External Data Network]
end
subgraph "Public Network Hosted NPN"
UE3[NPN UE] -- N1/N2 --> gNB3[NPN/PLMN gNB]
gNB3 -- N3 --> PLMN_CN2[Public PLMN Core]
PLMN_CN2 -- N4 --> UPF_NPN[NPN Virtual UPF]
UPF_NPN -- N6 --> DN3[NPN Virtual Slice/DN]
end
3. 시스템 아키텍처 및 네트워크 기능
NPN은 기본적으로 5G 시스템(5GS)의 서비스 기반 아키텍처(SBA, Service-Based Architecture)를 따른다.
3.1 주요 네트워크 기능(NF)의 역할 및 네트워크 슬라이싱
NPN은 5G 네트워크 슬라이싱의 특수한 구현체로, S-NSSAI(Single Network Slice Selection Assistance Information)를 통해 서비스와 네트워크 자원을 구분한다.
- AMF (Access and Mobility Management Function): 단말의 등록, 연결 및 이동성 관리를 담당한다.
Standalone모델에서는 NPN 내부에 배치되어 독립적인 인증을 수행하며, S-NSSAI를 통해 해당 단말이 허용된 NPN 슬라이스에 접속하는지 검증한다. - SMF (Session Management Function): 세션 생성, 수정 및 삭제를 관리하며 UPF를 선택한다.
- UPF (User Plane Function): 실제 사용자 데이터 패킷을 처리한다. NPN의 경우 데이터 유출 방지를 위해 사업장 내(On-premise)에 배치되는 경우가 많으며, 특히
Hosted모델에서는 가상 슬라이싱을 통해PLMN과 논리적으로 분리된 전용 UPF를 할당받는다. - UDM (Unified Data Management): 가입자 정보를 관리한다. NPN 전용 가입자 데이터베이스를 통해 외부망과 분리된 인증 체계를 구축한다.
3.2 NPN 식별자 할당 방식
NPN을 식별하기 위해 <a href="/doc/%EA%B8%B0%EC%88%A0/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC%20%EC%8B%9D%EB%B3%84%EC%9E%90/PLMN%20ID" class="wiki-link wiki-link-missing">PLMN ID</a>와 <a href="/doc/%EA%B8%B0%EC%88%A0/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC/%EB%84%A4%ED%8A%B8%EC%9B%8C%ED%81%AC%20%EC%8B%9D%EB%B3%84%EC%9E%90/NPN%20ID" class="wiki-link wiki-link-missing">NPN ID</a>가 사용되며, 모델에 따라 할당 방식이 다르다.
- Shared
PLMN ID사용:Public Network Hosted모델에서 주로 사용한다.PLMN의 ID를 공유하되, S-NSSAI(슬라이스 식별자)를 통해 개별 NPN 서비스를 구분한다. - Dedicated
PLMN ID할당:Standalone및Integrated모델에서 사용한다. 3GPP는 NPN을 위해 전용PLMN ID범위를 정의하고 있으며, 일반적으로 MCC 999 (또는 지역별 지정 범위)를 사용하여 공용망과 충돌을 방지한다. - NPN ID (Local ID) 기반 식별:
StandaloneNPN 중PLMN ID를 할당받지 않은 경우(Non-PLMN ID based), 3GPP가 정의한 별도의 NPN ID를 사용하여 네트워크를 식별한다. 이는 단말이 여러 NPN이 중첩된 지역에서 적절한 네트워크를 선택하는 핵심 메커니즘으로 작동한다.
4. 단말 접속 및 인증 절차
4.1 NPN 선택 및 접속 프로세스
NPN 전용 단말(UE)은 설정된 우선순위와 식별자를 바탕으로 네트워크를 탐색하고 접속한다.
[단말의 NPN 선택 및 접속 순서도]
sequenceDiagram
participant UE as NPN UE
participant gNB as NPN gNB
participant AMF as NPN AMF
participant UDM as NPN UDM
UE->>gNB: Cell Search & System Information (SIB) 수신
Note over UE: NPN ID / PLMN ID 확인
UE->>gNB: Registration Request (NAS Registration Request 내 NPN ID/S-NSSAI 포함)
gNB->>AMF: NAS Registration Request 전달 (N2 Interface)
AMF->>UDM: 가입자 인증 요청 (Authentication)
UDM-->>AMF: 인증 벡터(Authentication Vector) 제공
AMF->>UE: 인증 챌린지 (Authentication Challenge)
UE-->>AMF: 인증 응답 (Authentication Response)
AMF->>UDM: 가입자 프로파일 및 슬라이스 권한 확인
UDM-->>AMF: 가입자 데이터 및 허용 S-NSSAI 제공
AMF->>UE: Registration Accept (접속 허용 및 할당된 NSSAI 전달)
UE-->>AMF: Registration Complete
4.2 인증 메커니즘
- Primary Authentication: USIM 기반의 표준 5G 인증 절차를 수행한다.
- Secondary Authentication: 특정 산업군 요구사항에 따라 EAP-TLS 등 추가적인 인증 단계를 거쳐 보안 수준을 높일 수 있다.
5. 주요 서비스 시나리오 및 활용 사례
TS 23.285 표준은 다음과 같은 산업 현장의 특수 요구사항을 충족한다.
- 스마트 팩토리 (Smart Factory) $\rightarrow$
Standalone모델 적용- 사례: 반도체 라인 내 AGV(무인 운반차) 및 로봇 제어.
- 특징: 극도의 보안과 초저지연이 필수적이므로, 모든 CN 기능을 공장 내부에 구축하여 외부망 단절 시에도 가동을 유지하고 데이터 유출을 원천 차단한다.
- 물류 자동화 및 항만 (Logistics & Ports) $\rightarrow$
Public Network Integrated모델 적용- 사례: 스마트 항만 컨테이너 터미널 운영.
- 특징: 항만 내 전용망을 통해 고성능 제어를 수행하면서,
PLMN과의 연동을 통해 외부 물류 시스템 및 관세청 서버와 실시간 데이터를 교환한다.
- 캠퍼스 및 기업 전용망 (Campus Network) $\rightarrow$
Public Network Hosted모델 적용- 사례: 대학 캠퍼스 내 학생/교직원 전용 고속 무선망.
- 특징: 초기 구축 비용을 낮추기 위해
PLMN사업자의 인프라를 활용하되, 가상 네트워크 슬라이싱을 통해 기업 전용 대역폭과 관리 권한을 보장받는다.
6. 관련 표준 및 참조 문서
본 문서는 5G 시스템의 전체 아키텍처 내에서 NPN의 특수성을 다루므로, 다음 표준들과 상호 참조가 필요하다.
- TS 23.501: 5G 시스템 아키텍처의 기본 정의 (상위 표준).
- TS 23.502: 5G 시스템의 절차(Procedures) 정의.
- TS 33.501: 5G 시스템의 보안 아키텍처 및 인증 절차.
- TS 38.300: 5G NR(New Radio)의 전체 설명 및 무선 인터페이스 규격.
3G 기반 전용망과의 비교 및 진화
5G NPN은 과거 3G/4G 시대의 폐쇄망 구현 방식과 비교하여 단순한 '물리적 망 분리'를 넘어 '논리적 서비스 최적화' 단계로 진화하였다. 3G 시대의 전용망은 주로 특정 주파수 대역을 할당받아 하드웨어적으로 분리된 망을 구축하는 방식이었으나, 5G NPN은 서비스 기반 아키텍처(SBA)와 네트워크 슬라이싱을 통해 소프트웨어 정의 네트워크(SDN) 관점에서 구현된다.
3G/4G 대비 NPN의 차별점 비교
| 구분 | 3G/4G 전용망 (Legacy Private Network) | 5G NPN (TS 23.285) |
|---|---|---|
| 구현 방식 | 하드웨어 중심의 물리적 망 분리 | SBA 기반의 논리적 슬라이싱 및 가상화 |
| 자원 할당 | 고정적 주파수 및 하드웨어 할당 | 동적 자원 할당 및 서비스별 슬라이스 최적화 |
| 제어 평면 | 중앙 집중형 코어 (EPC/SGSN) | 분산형/가상화 코어 (AMF, SMF, UPF 분리) |
| 서비스 유연성 | 단일 서비스 프로파일 (Best-effort) | URLLC, mMTC 등 서비스별 특화 프로파일 제공 |
| 배포 모델 | 단일 모델 (Full-stack 구축) | 3가지 모델 (Standalone, Integrated, Hosted) |
| 식별 체계 | PLMN ID 기반의 단순 구분 | PLMN ID 및 NPN ID(Local ID)의 다중 식별 |
세대별 전용망 진화 타임라인
timeline
title 전용망 기술 진화 과정
3G (WCDMA/HSPA) : 폐쇄적 하드웨어 망 구축 : 특정 구역 내 전용 기지국 및 코어 배치 : 단순 데이터 전송 및 음성 중심
4G (LTE/Private LTE) : EPC 기반 전용망 : VoLTE 도입 및 데이터 속도 향상 : 기업용 APN 설정을 통한 논리적 분리 시작
5G (NPN - TS 23.285) : SBA 및 슬라이싱 기반 : Standalone/Integrated/Hosted 모델 세분화 : 초저지연(URLLC) 및 대규모 연결(mMTC) 실현
하위 호환성 및 3G/4G망 연동 관점
NPN 환경으로의 전환 과정에서 기존 레거시 망과의 상호운용성은 서비스 연속성 확보를 위해 필수적이다. TS 23.285 아키텍처는 5G 단말뿐만 아니라 레거시 인프라와의 점진적 마이그레이션 경로를 고려한다.
레거시 단말 접속 및 상호운용성
- 접속 가능 여부: 3G/4G 전용 단말은 5G NPN의 SBA 기반 코어 네트워크에 직접 접속할 수 없다. 따라서 레거시 단말을 수용하기 위해서는
MME(Mobility Management Entity)와 5GAMF를 연결하는 N26 인터페이스를 통해 인터-RAT(Radio Access Technology) 핸드오버 및 세션 관리를 수행해야 한다. - 상호운용성 전략:
Public Network Integrated모델을 통해 5G NPN과 기존 PLMN(4G/LTE)을 연동함으로써, 단말이 NPN 커버리지를 벗어날 때 공용망으로 매끄럽게 전환되는 Fallback 메커니즘을 구현한다.
레거시 망에서 NPN으로의 마이그레이션 절차
- 현행 분석 (Assessment): 기존 3G/4G 전용망의 트래픽 패턴, 단말 분포 및 필수 서비스(QoS) 요구사항 분석.
- 배포 모델 선정: 보안 요구 수준 및 예산에 따라
Standalone$\rightarrow$Integrated$\rightarrow$Hosted중 최적 모델 선택. - 인프라 가상화 (Virtualization): 기존 하드웨어 기반 코어를 가상화된 NF(Network Function)로 전환하고, SBA 구조를 도입하여 UPF를 현장에 전진 배치.
- 식별자 및 인증 체계 전환: 기존 PLMN ID 체계에서 NPN ID 또는 전용 PLMN ID(MCC 999 등)로의 전환 및 USIM/EAP-TLS 인증 체계 통합.
- 단계적 트래픽 이전 (Phased Migration): 중요도가 낮은 서비스부터 5G 슬라이스로 이전하며, N26 인터페이스를 통해 레거시 망과의 세션 연속성 검증.
NPN의 가치 및 한계 극복 (개요 보강)
과거 3G/4G 기반의 기업 전용망(Private LTE 등)은 구축 비용이 매우 높고, 하드웨어 종속성이 강해 서비스 변경 시 유연한 대응이 어려웠다. 특히, 단일한 네트워크 프로파일을 사용했기 때문에 초저지연 제어와 대용량 데이터 전송이라는 상충하는 요구사항을 동시에 만족시키기 어려웠다.
TS 23.285에서 정의한 5G NPN은 이러한 한계를 다음과 같은 차별적 가치로 극복한다. * 유연한 배포: 완전 독립형부터 공용망 호스팅형까지 기업의 상황에 맞는 모델 선택 가능. * 서비스 최적화: 네트워크 슬라이싱을 통해 하나의 물리적 망 위에서 '로봇 제어용 초저지연 슬라이스'와 'CCTV 관제용 광대역 슬라이스'를 동시에 운영. * 효율적 식별: NPN ID 도입을 통해 공용망 ID 할당 없이도 다수의 전용망을 효율적으로 식별하고 관리.
레거시 연동성 기반 배포 모델 비교 (특징 보강)
기존 배포 모델 비교 표에 레거시 망과의 연동 관점을 추가하여 기술적 계보를 명시한다.
| 구분 | Standalone (독립형) |
Public Network Integrated (통합형) |
Public Network Hosted (호스팅형) |
|---|---|---|---|
| 레거시 망 연동성 | 매우 낮음 (완전 분리/Air-gap) | 높음 (N26 인터페이스 통한 4G 연동) | 매우 높음 (PLMN 인프라 직접 활용) |
| 마이그레이션 경로 | 레거시 망 완전 대체 (Rip-and-Replace) | 레거시 망과 병행 운영 및 점진적 전환 | 레거시 망의 논리적 확장 (Virtual Extension) |
전용망 기술 계보 및 참조 표준 (참조 문서 보강)
NPN의 기술적 이해를 돕기 위해 5G 이전의 전용망 관련 규격 및 계보를 추가한다.
- 3GPP Release 13/14 (LTE-M/NB-IoT): 저전력 광역망(LPWAN)을 통한 초기 형태의 산업용 전용 연결 규격.
- TS 23.401: 4G EPC(Evolved Packet Core) 아키텍처 (NPN의 기반이 된 레거시 코어 표준).
- Private LTE Specifications: 3GPP 표준 외에 각 국가별(예: 한국의 이음5G, 미국의 CBRS) 전용 주파수 할당 및 운용 가이드라인.
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