휴대 인터넷 시스템의 서비스 플로우 관리 방법 및 그 장치 document_id A220623071229

차세대 통신 시스템인 4세대(4G: 4th Generation) 통신 시스템에서는 고속으로 높은 수준의 서비스 품질(QoS : Quality of Service)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 4G 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네트워크(LAN: Local Area Network) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN: Metropolitan Area Network) 시스템과 같은 광대역 무선 접속(BWA : Broadband Wireless Access) 통신 시스템에 이동성(mobility)과 서비스 품질(QoS: Quality of Service)을 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 대표적인 통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a/d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템이다. IEEE 802.16a/d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA : Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 적용한 통신 시스템이다. IEEE 802.16a/d 통신 시스템은 현재 가입자 단말기(SS: Subscriber Station)가 고정된 상태, 즉 이동성을 전혀 고려하지 않은 상태 및 단일 셀 구조만을 고려하고 있는 시스템이나, IEEE 802.16e 통신 시스템은 IEEE 802.16a 통신 시스템에 SS의 이동성을 고려하는 시스템이다. 이동성을 가지는 SS를 이동 단말기(MS: Mobile Station다)라 칭한다. 이러한, IEEE 802.16e 통신 시스템에서는 MS가 기지국(BS : Base Station)에 접속하여 서비스를 제공받기 위하여, BS의 서비스 영역에 진입하는 망 진입(network entry) 과정을 성공적으로 수행하여, BS와 서비스 플로우(service flow)가 설정된다. 서비스 플로우는 특정 QoS를 보장하는 접속(connection)을 통해 전달되는 서비스 데이터 유닛(SDU : Service Data Unit)들의 단방향 흐름을 의미하며, 프로비젼 QoS 파라미터 셋(프로비젼 QoS Parameter Set)과, 어드미트 QoS 파라미터 셋(어드미트 QoS Paramemer Set), 액티브 QoS 파라미터 셋(액티브 QoS Parameter Set)의 세 가지 타입의 QoS 파라미터 셋을 가질 수 있다. 여기서, 프로비젼 QoS 파라미터 셋은, 서비스 플로우 특성을 설정하여 서비스 플로우 식별자(SFID : Service Flow IDentifier)를 부여한 상태로, SFID는 BS가 서비스 플로우에 부여한 32비트의 식별자이다. MS는 BS와 논리적으로 여러 개의 접속과 서비스 플로우가 존재하며, 각각의 서비스 플로우에 상응하여 각각 다른 접속이 존재한다. 따라서, MS와 BS간 각각 다른 서비스 플로우 및 접속을 구분하기 위하여 SFID와 접속 식별자(CID: Connection IDentifier)를 사용한다. 어드미트 QoS 파라미터 셋은 자원(resource)을 점유하고 있지만 실제 액티브되지 않은 상태로서, BS로부터 16비트의 CID를 할당 받은 상태이고, 액티브 QoS 파라미터 셋은 실제 자원을 사용하고 있는 상태로, 액티브 QoS 파라미터 셋을 실제 데이터가 송수신 될 수 있는 QoS 파라미터 셋이다. 한편, MS가 초기화를 통해 등록이 완료되면, MS와 BS간에는 동적 서비스 추가(DSA: Dynamic Service Addition) 메시지를 송수신하는 DSA 과정을 수행하며, DSA 메시지는 프로비젼 QoS 파라미터 셋을 포함하므로 MS는 BS로부터 서비스 가능한 서비스 플로우를 설정한다. 또한, MS가 트래픽(traffic)을 송수신하는 중에 현재 설정된 서비스 플로우의 서비스 파라미터를 변경해야 하는 경우, MS는 필요한 서비스 파리미터를 변경하기 위해 동적 서비스 변경(DSC : Dynamic Service Change) 메시지를 BS로 전송하여 DSC 과정을 수행한다. 한편, 서비스 플로우를 통해 교환되는 트래픽이 존재하지 않아서 전송 CID(TCID : Transport CID)를 반환하는 경우에는 DSC 과정을 수행한다. 그리고, MS는 트래픽 송수신을 마치고 연결된 서비스 플로우를 종료하는 경우에는 동적 서비스 삭제(DSD: Dynamic Service Deletion) 메시지를 BS로 전송하여 DSD 과정을 통해 해당 서비스 플로우를 삭제한다. 한편, IP 망을 통한 전화 서비스인 인터넷 전화 통화(VoIP : Voice over IP) 서비스는 실시간으로 음성을 패킷에 포함시켜 IP 망을 통해 설정된 통화 세션을 통해 교환하는 서비스로, 패킷 기반의 IP 망에서 기존의 전화 서비스와 유사한 음성 통화 서비스를 제공하기 위해 개발된 것이다. 이러한, VoIP 서비스에서는 송수신자간의 호 설정(Call Connection)은 통화 설정 시그널링 프로토콜, 예를 들어, SIP(Session Initiation Protocol)과 SDP (Session Description Protocol)를 기반으로 이루어진다. SIP는 기존의 전화망에서 SS7(Signalling System Number 7)이 담당하던 송수신자간의 통신 경로(call)를 설정, 즉 통화 세션 설정 기능을 담당하고, SDP는 설정된 통신 세션을 통하여 교환되는 패킷의 특성을 정의한다. SIP/SDP에 의하여 통화 세션이 설정되면, 송수신자의 음성은 샘플링(sampling)되어 RTP (Real Time Protocol) 패킷에 포함되어, 통화 세션을 통해 UDP/IP 상으로 교환된다. 상술한 IEEE 802.16e 통신 시스템과 같은 휴대 인터넷 시스템을 통해 VoIP 서비스를 제공하는 경우에 VoIP 서비스의 품질(QoS)을 보장하기 위해 SIP/SDP을 이용하여 MS와 BS간 무선 망에서의 QoS를 지원한다. IEEE 802.16을 정의하는 예컨대 와이맥스 포럼의 네트워크 그룹(NWG Network Working Group)에서는 MS가 필요할 때마다 QoS를 지원하는 QoS 서비스 플로우를 동적으로 할당받아 사용할 수 있도록 서비스 플로우를 관리하는 PCRF(Policy Charging Rules Function)를 정의하여 사용하기를 권장하고 있다. 그러나, PCRF가 고가의 장비이므로, 휴대 인터넷 시스템에 PCRF를 구현하기에는 현실적으로 구현 비용 측면에서 어려운 문제이다. 한편, 정의되는 PCRF를 구현하지 않은 휴대 인터넷 시스템에서 정적(Static) QoS를 지원하는 경우에는 MS가 진입하는 초기에 해당 MS에서 필요로 하는 모든 서비스 플로우를 액티브시켜야 하기 때문에 서비스 플로우에 대한 자원 관리가 비효율적이다. 이하, 휴대 인터넷 시스템에서 정적 QoS를 지원하는 방식을 간단히 살펴본다. 정적 QoS는 휴대 인터넷 시스템의 자원을 관리하는 관리 서버(NMS : network management server)에 의해 예비 QoS 파라미터 셋(프로비젼 QoS parameter set)을 설정할 수 있다. 예비 QoS 파라미터 셋은 인증 서버(RADIUS 서버 또는 AAA(Authorization, Authentication and Accounting) 서버)를 통해 MS로 전달되거나, 관리 서버에 의해 ASN-GW(Access Service Network Gateway) 또는 BS에 미리 정의될 수 있다. 인증 서버는 MS가 사용할 서비스 플로우를 서비스 프로파일 ID(Service Profile ID) 또는 서비스 클래스 네임(Service Class Name)으로 전송한다. 한편, 휴대 인터넷 시스템의 운용자는 해당 QoS 파라미터 셋의 초기 상태(State)를 정의할 수 있으며, 정적 QoS는 초기 상태를 프로비젼/어드미트/액티브(프로비젼/어드미트/액티브)의 상태를 가질 수 있고, TLV((Type, Length, Value)에는 해당 상태를 조합한 값이 QoS 파라이터 셋 값(Value)으로 전달될 수 있다. 또한, 서비스 플로우는 두 가지 종류가 있으며, 첫째로는 초기 서비스 플로우(Initial Service Flow : ISF)로, DHCP(dynamic host configuration protocol) 이전에 시그널링(Signalling)을 위한 최초 서비스 플로우이다. 초기 서비스 플로우가 설정되지 않으면, MS는 휴대 인터넷 망을 통해 통화 세션을 설정하기 위한 시그널링 절차를 수행하지 못하므로, 휴대 인터넷 네트워크를 벗어난다. 두 번째로는 애플리케이션(Application)에서 사용하는 Pre-프로비젼 Service Flow(PPSF)로, 해당 PPSF는 MS가 초기 접속 또는 핸드오프시에 생성되지 않으면, CRR(Combined Resource Required) Flag 에 따라 각기 다르게 처리되며, CRR 플래그가 ON 되어있으면, 휴대 인터넷 네트워크를 벗어나고, OFF 이면, 해당 서비스 플로우를 릴리즈(Silently Release)한다. 도 1은 일반적인 휴대 인터넷 시스템은 통해 VoIP 서비스를 제공하는 흐름을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 발신측 MS(10-1) 및 착신측 MS(10-2)는 기지국(BS) 및 접속 제어 라우터(ACR : access control router)로 구성되는 기지국 시스템(20-1, 20-2)에 등록 완료되면, DSA 과정을 통해 초기 서비스 플로우를 설정한다(S 10, S 11). 이때, 초기 서비스 플로우의 타입은 프로비젼 및 액티브 QoS 파라미터 셋을 가지는 타입이 될 수 있다. 발신측 MS(10-1) 및 착신측 MS(10-2)은 VoIP 서비스를 제공하기 위한 RTP 패킷을 교환하기 위한 서비스 플로우에 대한 자원을 CAC(call admission control)과 UGS(Unsoilicited Granted Service) 타입으로 예약한다. 발신측 MS(10-1)는 초기 서비스 플로우가 설정되면, 통화 요청 시그널링인 SIP INVITE를 콜 서버(30)를 통해 착신측 MS(10-2)로 전송한다(S 12, S 13). 착신측 MS(10-2)는 SIP INVITE가 수신되면, 통화 요청 중임을 알리는 응답 시그널링인 SIP 183을 발신측 MS(10-1)로 전송한다(S 14, S 15). 착신측 MS(10-2)는 사용자가 통화 요청에 대한 응답(Hook off)하면, SIP INVITE에 대한 응답 확인 시그널링인 SIP 200을 발신측 MS(10-1)로 전송한다(S 16, S 17). 발신측 MS(10-1)는 SIP 200이 수시되면, 확인 시그널링인 SIP ACK를 착신측 MS(10-2)로 전송하고(S 18, S 19), 통화 세션을 설정한다(S 20). 이후 발신측 MS(10-1) 및 착신측 MS(10-2)는 통화 세션을 통해 VoIP 트래픽, 즉 음성 정보가 포함되는 RTP 패킷을 교환한다. 한편, 발신측 MS(10-1)의 사용자가 통화 종료를 선택하면(Hook on), 통화 종료 시그널링인 SIP BYE를 착신측 MS(10-2)로 전송하고(S 21, S 22), 착신측 MS(10-2)은 SIP BTE가 수신되면, 응답 시그널링인 SIP ACK를 발신측 MS(10-1)로 전송하여(S 23, S 24), 통화 세션을 종료한다. 그리고, 착신측 MS(10-2)는 서비스 플로우를 통해 교환되는 트래픽이 존재하지 않아서 전송 CID(TCID : Transport CID)를 반환해야 하는 경우, DSC 과정을 통해 서비스 플로우의 상태를 변경한다(S 25). 발신측 MS(10-1)는 서비스 플로우를 종료해야 하므로, DSD 과정을 통해 서비스 플로우를 삭제한다(S 26). 이와 같은 일반적인 휴대 인터넷 시스템에 PCRF를 구현하지 않은 정적 QoS로 VoIP 서비스를 제공하기 위한 PPSF를 처리하는데 문제가 발생한다. 즉, PPSF가 초기에 활성화된 액티브 상태가 아니고, 프로비젼 상태에서는 DSC 과정을 수행할 수 있는 방안이 PCRF를 구현하는 방법밖에 없다. 또한, CRR 플래그가 ODD인 상태에서 PPSF 중 일부가 릴리즈되면, 릴리즈된 서비스 플로우를 다시 복구하여 사용하기 위해서는 정적 QoS는 CRR 플래그를 ON시켜 ISF 및 PPSF를 항상 액티브 상태로 만들어야 하기 때문에 자원 관리 측면에서 매우 비효율적이다. 한편, CCR 플래그가 ON 상태인 경우라도 MS의 초기 네트워크 진입시에 모든 PPSF의 자원을 예약할 수 없으면, 휴대 인터넷 네트워크에 진입할 수 없으므로, 통화 설정 성공률이 저하된다.