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1 정책기반 BcN QoS 제어 시스템

1.1 정책기반 BcN QoS 제어 시스템 시나리오
1.2 정책기반 BcN QoS 제어 시스템 소프트웨어 프레임웍
1.3 소개자료 다운로드

2 테스트베드 구성

3 구성 소프트웨어

3.1 AF(P-CSCF S-CSCF)
3.2 IMS Phone(UE)
3.3 DiffServ

4 IMS 관련 논문

5 참여연구원

1 정책기반 BcN QoS 제어 시스템 #

1.1 정책기반 BcN QoS 제어 시스템 시나리오 #

정책기반 BcN Qos 제어 시스템은 IMS를 기반으로 한 망관리 기술이다. BcN QoS 제어 시스템을 살펴보기에 앞서 구성 시나리오에 대해 살펴본다. 이후 IMS기반 QoS 제어시스템 구성도를 살펴보고 실제 망 실험 망 구조에 적용된 세션 제어 메커니즘에 대해 기술한다.
그림 1은 BcN 엔지니어링 기술 연구 중 3-2 세부과제인 IMS기반 BcN 시스템 세션 / 서비스 제어기술의 전체 망 구조를 나타낸다. BcN의 IP Backbone 은 DiffServ aware MPLS-TE를 사용하여 QoS를 지원한다. 해당 망 구조에서 IMS는 전체 사용자의 단대단 서비스 지원을 위해 IP Backbone망에 Overlay 형식으로 존재하며 사용자 인증 및 SIP 요청 메시지를 전달하는 기능을 수행한다. 또한 여러 엑세스망과 연동하여 많은 멀티미디어 서비스를 지원하고 사용자간의 통합 QoS를 지원한다.

그림 1. BcN에서의 IMS

본 연구에서는 위와 같은 망구조를 통한 IMS에서의 정책기반 QoS 제어시스템만을 연구한다. 이를 위한 시나리오는 그림 2와 같다.
먼저 IMS는 BcN에서와 동일하게 IP Backbone망에 Overlay 형태로 존재한다. 또한 IP Backbone 망으로는 DiffServ 을 지원하는 구조를 갖는다. 이외에 BcN과 동일하게 여러 엑세스망이 하나의 IP Backbone인 DiffServ에 접속되어 있는 구조를 갖는다. 첫 번째 시나리오는 WCDMA 망에 위치한 UE와 인터넷망에 위치한 UE간 정책기반 QoS 지원을 목적으로 한다. 두 번째로 WCDMA 망에 위치한 GGSN(DiffServ Edge 라우터)이 여러 다른 엑세스망으로부터 최대 대역폭을 상회하는 트래픽을 전송 받을 때를 가정한다. 세 번째로 WCDMA 망에 위치한 UE가 어떠한 세션 설정 절차로 정책기반 QoS를 제공받는가에 대한 연구를 목적으로 한다.

그림 2. IMS 정책기반 QoS 제어 시스템 시나리오

그림 3은 IMS 정책기반 QoS를 위한 세션 설정 절차를 나타낸다. UE는 P-CSCF에게 INVITE 메시지를 보내고 이에 대한 응답으로 183 Session Progree를 받는다. 이때 P-CSCF내의 PDF는 UE의 SDP 파라미터를 분석하여 QoS Profile을 작성한다. 또한 UE가 DiffServ Edge 라우터를 통해 QoS Profile 정보를 전송할 때 인증정보로 사용할 Authorization Token을 생성 전송한다. 이를 수신한 UE는 PRACK을 보내고 DiffServ Edge 라우터와 PDP Context 요청 응답을 받는다. 이때 UE는 QoS Profile에 자신이 요구하는 QoS 지원 정보를 담아 Edge 라우터에게 전송한다. 이를 수신한 Edge 라우터내의 PEP는 PDF에게 해당 QoS 정보를 전송하여 인증, Filter를 설정한다. 이후 UE의 Final Response인 200OK를 수신하며 P-CSCF내의 PDF를 통해 PEP에게 전달 QoS를 제공받는다.

그림 3. IMS에서의 정책기반 QoS 세션 설정 절차 (※180 Ring 에 대한 PRACK는 생략되어 있슴)

그림 4는 실제 실험망 구축 구성도를 나타낸다. 실험망의 IMS 구성 노드는 P-CSCF 2대, S-CSCF 1대로 구성되며 DiffServ 구성망으로 DiffServ Edge 라우터 2대, DiffServ Core 라우터 1대로 구성된다. 이에외 IMS 기반 소프트폰 2대와 Congestion 발생을 위한 BackGroud Traffic으로 구성된다.

그림 4. IMS에서의 정책기반 QoS 제어시스템 테스트베드

IMS기반 QoS 시스템 테스트베드는 BackGround Traffic을 DiffServ Edge 라우터의 최대 대역폭만큼 발생시켰을때 UE간의 세션 설정 절차를 통한 QoS 지원 과정을 구현했다. 먼저 위와 같이 BackGround Traffic이 충분히 발생되는 상황에서 UE가 SIP INVITE 메시지를 IMS를 통하여 UE에게 전송하고 이에 대한 응답으로 183 Session Progress 메시지가 전송되어 지면 P-CSCF내의 PDF는 UE가 요구하는 QoS Profile을 SDP로부터 추출하여 저장한다. 이후 UE가 DiffServ Edge 라우터에게 PDP Context를 전송하며 Edge 라우터내의 PEP는 PDP Context내의 QoS Profile 정보를 추출하여 PDF로 COPS Request 메시지를 전송한다. 이를 전송 받은 PDF는 UE의 사용자 정보를 인증하여 PEP에게 COPS Decision 메시지를 전송하고, SIP Final Response를 전송받은 P-CSCF는 PDF를 통해 PEP에게 GateOpen COPS Decision을 전송한다. 이를 수신 받은 PEP는 해당 사용자의 State ID를 확인하여 DSCP Field Marking을 시작한다. 해당 시나리오의 자세한 절차는 그림 5와 같다. 그림은 INVITE 전송 후 183 Session Progress를 전송할 때 UE, P-CSCF, S-CSCF간의 처리 절차이다.

그림 5. 183 Session Progress 처리 절차

183 Session Progress Response를 보내기 위해 UE는 SDP Negotiation 과정을 통해 SDP Offer에 대한 Answer를 발생한다. 이를 전송받은 P-CSCF는 SIP Parser를 통해 SIP 메시지를 Parsing하고 SDP 파라미터 추출을 통해 정책 룰을 발생시킨다. 이후 PDF에게 해당 정책을 전송하며 PDF는 사용자 인증정보인 Authorization Token을 생성하고 P-CSCF에게 응답한다. P-CSCF는 이후 SIP 메시지의 최하단의 Via Field를 제거하고 S-CSCF에게 Reponse를 전송한다. 이후 SIP 메시지가 홈 망의 P-CSCF에게 전송되어 지면 P-CSCF는 앞의 P-CSCF와 같은 역할을 수행한후 생성된 Authorization Token을 SIP 메시지의 P-Media-Authorization 헤더필드에 추가한후 UE에게 전송한다. 183 Session Progress 응답을 받은 UE는 SIP 메시지 내의 Authorization Token 정보와 SDP 파라미터 맵핑을 통해 PDP Context내의 QoS Profile 정보를 생성한다. UE는 QoS 요구를 위해 PDP Context를 DiffServ Edge 라우터에게 전송하고 이를 전송받은 DiffServ Edge 라우터는 PDP Context내의 QoS Profile을 추출하여 COPS Request를 PDF에게 전송한다. PDF는 COPS Request내의 Authorization Token 정보를 추출하여 자신이 생성한 Token정보인지 확인하고 QoS Profile을 통해 해당 사용자에 대한 QoS 제공이 가능한지 확인하다. 이를 결정하고 PDF는 PEP에게 COPS Decision을 전송한다.

1.2 정책기반 BcN QoS 제어 시스템 소프트웨어 프레임웍 #

본 연구의 결과물로 도출된 IMS 구성 노드 및 DiffServ IP QoS 지원망은 그림 2-13과 같은 프레임웍을 같는다.
먼저 IMS QoS의 구성물은 앞에서 기술한 것과 같이 UE, P-CSCF, S-CSCF, DiffServ Edge, Core 라우터, PEP, PDF로 구성된다. 각 구성물은 각각 아래와 같은 소프트웨어 구조를 갖는다.

그림 6. IMS 소프트웨어 프레임웍

UE는 SIP 스택과 Vio 모듈, 코덱 모듈, PDP Context 모듈로 구성된다. P-CSCF는 SIP 스택과 PDF 모듈로 구성되며 S-CSCF는 SIP 스택의 Location Service 및 Registrar 모듈을 갖는다.
DiffServ Edge 라우터는 PDP 모듈과 PEP 모듈을 가지며, Traffic Control을 위한 MultiField Classifier 및 DSCP Field Marker 기능 및 스케줄러 모듈을 갖는다. DiffServ Core 라우터는 Single Field Classifier 및 스케줄러 모듈을 갖는다.