종단간 서비스품질 표준기술 동향

고석주* 강신각** 박주영* 김은숙* 박진***

그 동안 수 많은 네트워크 QoS 기술들이 개발되어 왔으나, 실제 인터넷에서의 보급 상황은 매우 저조하다. 본 고에서는 최근 ITU-T를 중심으로 진행 중인 종단간(end-to-end) QoS 표준화 동향에 대하여 살펴본다. 종단간 QoS 방식은 사용자가 인지하는 서비스품질 및 응용계층 제어를 주요 특징으로 하고 있으며, QoS 관련 수익모델 수립 및 응용서비스 적용이 용이할 것으로 보인다.

I. 서 론

인터넷 QoS 이슈는 차세대인터넷 핵심 기술 중의 하나이며, 그 동안 많은 연구개발이 이루어져 왔다. 하지만, 대부분이 네트워크 기반의 QoS 자원예약 혹은 자원관리 기술들로써, 실제 인터넷 망으로의 보급 및 응용서비스로의 적용 실적은 매우 저조하다.

최근 ITU-T 및 ETSI를 중심으로 종단간 멀티미디어 QoS 표준기술 개발을 위한 표준화 작업이 한창 진행 중에 있다. 그 동안 네트워크 QoS 기술이 망사업자 중심으로 개발된 반면에, 종단간 QoS 기술은 종단 사용자(end users) 및 응용서비스사업자(Application Service Providers: ASP) 중심으로 QoS 제공 및 제어를 추구한다.

종단간 QoS 기술 혹은 응용계층 QoS 제어(application-level control of QoS) 기술은 그 자체가 새로운 기술이라기보다는, 기존의 네트워크 QoS 기술을 - RSVP, Diffserv, MPLS 등 - 사용자 및 ASP 입장에서 어떻게 제어하고 활용할 것인지를 기술하는 일종의 응용기술로 볼 수 있다. ASP 주도로 QoS 제어 메커니즘이 정의되고, ASP는 사용자의 QoS 요구사항을 토대로 네트워크사업자와 네트워크 자원사용에 대한 협상을 수행한다. 이처럼, 종단간 QoS 제공에 대한 총괄적인 제어 및 관리가 ASP에 의해 수행되며, QoS 관련 수익 창출 및 분배 기능도 ASP에 의해 이루어진다.

현재 종단간 QoS에 대한 표준화 작업은 ITU-T 및 IETF에서 진행 중에 있다. ITU-T의 경우, SG 12에서[1] QoS 정의(definition) 및 프레임워크 관련 사항을 다루고 있고, ITU-T SG 16[2] 및 ETSI/TIPHON에서는[3] H.323 기반 VoIP(Voice over IP) 응용에 대한 QoS 이슈를 다루고 있다. IETF에서도 NSIS WG에서[4] 관련 표준화 작업을 진행 중이다.

본 고에서는 먼저 종단간 QoS 기술에 대한 전반적인 개념 및 프레임워크를 살펴보고, 기존 네트워크 QoS 방식과의 차이점을 기술한다. 다음으로 ITU-T에서 진행 중인 종단간 QoS 표준기술 동향에 대하여 살펴본다.

II. 종단간 QoS 기술 개요

종단간 QoS 기술 개발을 위해서는 먼저 최종 사용자가 요구하고 인지하는(perceived) QoS에 대한 정의 및 분석을 필요로 한다. 사용자 및 응용서비스의 QoS 요구사항을 토대로, 응용서비스사업자(ASP)는 망사업자와의 협상을 통해 구체적인 네트워크 QoS 제공 계획을 세워 사용자의 호(call) 처리요구에 대응하게 된다. 본 절에서는 종단간에 인식되는 QoS의 특성에 대하여 논의하고, 기존의 네트워크 QoS 기술과 종단간 QoS 기술을 비교 분석한다.

1. 종단간 QoS 특성 및 성능변수

. QoS 특성

응용서비스에 대하여 최종 사용자가 인식하는 QoS는 다음과 같은 특성을 지닌다.

- QoS는 궁극적으로 최종 사용자인 사람에 의해 인식 및 평가되고, 사람마다 주관적인 기준 및 다른 취향을 가질 수 있다.

- QoS 이슈는 하부 망계층이 아닌 종단 사용자간의 통신 문제이다. 따라서, QoS 제공방안도 네트워크 QoS 이슈를 포함하여 응용서비스 및 사용자의 QoS 특성 등을 토대로 이루어져야 한다.

- 응용서비스에 따라 다양한 QoS 분류가 가능하며, 또한 사용자마다 다른 QoS 분류 및 정의가 가능하다.

이처럼 획일적인 QoS 분류는 어렵다. QoS 분류작업은 또한 미디어형태 별로(오디오, 비디오, 데이터 등) 다르게 정의될 수 있고, 응용서비스 별로(인터넷전화, 비디오 스트리밍, 원격교육 등) 다르게 정의될 수도 있다.

<표 1>은 ETSI/TIPHON에서 정의하고 있는 음성(speech)에 대한 QoS 분류 예이다. TIPHON에서는 음성에 대한 QoS 등급을 크게 보장형(guaranteed)과 최선형(best effort)으로 분류하고 있으며, 보장형 서비스에 대해서도 3 등급으로 세분화하고 있다. 각 서비스 등급에 대하여 음성 코덱, 종단간 지연 및 품질평가(R-value) 등의 성능요소 별로 구체적인 QoS 요구사항을 정의하고 있다.

 (그림 1)은 ITU-T 권고안 G.109를 토대로 TIPHON에서 정의하고 있는 R-value와 음성 QoS 등급과의 대응관계를 보여준다. QoS가 사용자 만족도와 관계 있는 만큼, R-value에 의한 QoS 등급분류도 현실적인 방법 중의 하나로 평가된다.

. QoS 성능변수(performance parameters)

최종 사용자가 인지하는 QoS는 (그림 2)에서 보여지듯이, 네트워크 요소와 응용 요소에 의해 결정된다. 네트워크에서의 손실, 지연, 지터 등은 응용에서의 QoS 저하로 이어지며, 여기에 응용 단말에서의 코덱 성능 등의 요소가 결합되어, 최종적으로 사용자가 인지하는 QoS 수준이 결정된다.

ITU-T에서는 각 SG별로 QoS 관련 표준화 작업을 추진 중이다. (그림 3)은 QoS 표준개발을 위해 각 SG별로 담당하고 있는 영역을 보여준다. SG12에서는 주로 QoS 개념 및 서비스 분류에 대한 작업을 추진 중이며, SG16에서는 H.323 등의 응용서비스에서의 QoS 이슈를 다루고 있다. 한편, 인터넷 망계층에서의 QoS 이슈는 SG13에서 다루어지고 있다.

2. 종단간 QoS 제공구조

종단간 QoS 제공구조는 크게 응용계층(application plane)과 IP 전송계층(transport plane)으로 나누어 볼 수 있다. 응용계층에서는 코덱, 패킷화(packetization) 등의 응용에 종속적인 변수들에 대한 처리가 요구되고, 적절한 시그널링을 통해 관련 정보가 전송계층에 전달된다. 이를 토대로 전송계층에서는 네트워크 지연, 손실, 지터 등의 요구사항을 결정한다.

종단간 QoS 제공구조에서 고려되는 도메인(domain)은 서비스도메인, 전송도메인 및 사용자 도메인으로 구분된다. 실제 전송망은 여러 개의 전송도메인으로 구성될 수 있다. (그림 4)에서 보여지듯이, 사용자와 서비스도메인은 다른 전송도메인에 연결될 수 있으며, 각 도메인들은 ICF(InterConnect Function)을 통해 연결된다.

전송도메인은 네트워크 QoS 제공을 위한 자원예약을 위해 별도의 TRM(Transport Resource Manager)을 가지며, 서비스도메인은 필요한 자원예약 요청을 위해 QoS 시그널링을 통해 TRM과 통신한다.

지금까지 기술한 QoS 특성 및 구성요소들을 토대로, QoS 제공을 위한 기존의 네트워크 QoS 방식과 응용계층 중심의 종단간 QoS 방식을 비교하면 다음과 같다.

. 네트워크 QoS 방식

기존의 네트워크 QoS 방식에서는 호처리 시그널링(call signalling)과 QoS 시그널링이 독립적으로 수행된다. 즉, H.323 등의 호처리 시그널링을 이용하여, 상대방과의 통신연결을 설정한 다음, 필요할 경우 사용자가 직접 RSVP 혹은 Diffserv 등의 네트워크 QoS 메커니즘을 호출하여 종단간에 QoS 경로를 구성한다. 구체적으로 기존 네트워크 QoS 방식에서 수행되는 호설치 및 QoS 경로설정 절차를 기술하면 다음과 같다((그림 5) 참조).

(1) 사용자(혹은 VoIP 단말)은 ASP A에게 호설치 요구 메시지를 보낸다. 이때, 여러 전송도메인을 경유할 수 있다(그림 5 (a)).

 (2) ASP A는 상대 사용자가 속한 ASP를 검색한 다음, 해당 ASP B에게 호설치 요구 메시지를 전송한다(그림 5 (b)).

(3) ASP B는 상대 사용자를 찾아 호설치 요구 메시지를 전달하고, 관련 정보를 ASP A에게 통보한다(그림 5 (c)).

(4) ASP A는 최종적으로 두 사용자간에 호설치 절차를 마무리한다(그림 5 (d)).

(5) 성공적인 호설치 후에, 사용자는 네트워크 QoS 메커니즘을 사용하여 상대 사용자와 QoS 시그널링 및 자원예약을 수행한다(그림 5 (e)).

(6) 성공적인 자원예약 후에, 종단간에 미디어 데이터가 전송된다(그림 5 (f)).

기존의 네트워크 QoS 방식은 다음과 같은 문제점을 지닌다.

- 전송도메인간에 다른 네트워크 QoS 메커니즘이 사용되는 경우, 도메인간 연동문제가 요구된다.

- 종단간 QoS 제어에 대한 관리주체가 모호하다. 최종적으로 사용자가 느끼는 QoS 정도, 도메인간 협상 이슈 및 과금 등의 전반적인 관리 기능에 대한 주체가 명시되지 않는다.

- 여러 전송망이 존재하는 경우, 때에 따라 사용자는 다른 전송망을 선호할 수 있음에도 사용자가 원하는 전송도메인을 선택할 수 있는 메커니즘에 제공되지 않는다. 예를 들어, 장거리통신의 경우 사용자는 저렴한 비용이 소요되는 사업자를 선택하고 싶은 경우에도 네트워크 QoS 방식에서는 선택 메커니즘이 부여되지 않는다.

- 네트워크 자원예약 과정에 ASP가 배제되어 있기 때문에, 응용서비스에 따른 다양한 QoS 특성이 반영되지 않는다.

- QoS 대한 과금 및 수익 모델 수립이 어렵다.

위와 같은 문제점들은 결국, QoS 제공과정에서 ASP의 개입이 배제되어 있기 때문이다. 종단간 응용계층 QoS 방식은 이러한 기존의 문제점을 해결하고자 제안되었다.

. 종단간 QoS 방식

응용계층 기반 종단간 QoS 방식에서는 ASP를 중심으로 종단 사용자간의 호제어 및 시그널링 뿐만 아니라, 네트워크 QoS 메커니즘이 제어된다. 네트워크 QoS 제공을 위해 ASP는 고려하는 QoS 수준 및 등급에 따라 전송도메인과 계약 및 협상을 수행하고, QoS 관련 전반적인 제어 기능을 수행한다.

(그림 6)은 ASP 기반 종단간 QoS 방식에서의 QoS 제공 메커니즘을 보여준다.

(1) 사용자는 자신이 속한 ASP에게 호설치 요구와 함께, QoS 관련 정보를 시그널링을 통해 전달한다(그림 6 (a)).

(2) ASP는 자신이 속한 전송도메인 A의 TRM과 QoS 시그널링을 통해 자원예약을 수행한다(그림 6 (b)). 사용자가 속한 전송도메인과 ASP가 속한 전송도메인이 다를 경우, ASP는 사용자의 전송도메인 C와도 QoS 시그널링 및 자원예약을 수행한다(그림 6 (c)).

 (3) ASP A는 상대 사용자가 속한 ASP B를 검색하여 호설치 및 QoS 시그널링 절차를 수행한다(그림 6 (d)).

 (4) ASP B는 상대 사용자가 위치한 전송도메인 C에 대하여 자원예약을 수행한다(그림 6 (e)).

(5) 자원예약 후, 상대 사용자에게 호설치 요구 및 QoS 시그널링을 수행한다(그림 6 (f)).

(6) ASP B는 성공적인 호설치 및 자원예약 상태정보를 ASP A에게 통보한다(그림 6 (g)).

(7) ASP A는 취합된 QoS 시그널링 정보를 토대로, 전송도메인 A, B, C 들간의 자원예약 조정(coordination) 기능을 수행한다(그림 6 (h)).

(8) ASP A는 사용자에게 호설치 및 QoS 제공 준비가 완료 되었음을 알린다(그림 6 (i)).

(9) 사용자는 상대 사용자에게 데이터를 전송한다(그림 6 (j)).

종단간 QoS 제공방식에서는 QoS에 대한 전반적인 제어 기능이 사용자가 속한 ASP에 의해 수행된다. 기존 네트워크 QoS 방식에 비해 종단간 QoS 제공방식이 갖는 장점은 다음과 같다.

- ASP가 전반적인 QoS 제어를 수행하고, 사용자와 ASP간에 QoS 협상 및 과금이 이루어짐에 따라 ASP 입장에서 QoS 관련 수익모델 수립이 용이하다.

- 전반적인 QoS 제어기능이 ASP에 의해 이루어지므로, 전송도메인은 ASP와 협상한대로 오직 자신의 네트워크 QoS 메커니즘만 제어하면 된다.

- 종단간 QoS 제공구조의 표준화가 이루어지는 경우, ASP가 다양한 네트워크 QoS 메커니즘을 사용하는 전송도메인들과 연계될 수 있도록, ASP와 전송도메인간에 공동 인터페이스(common interface)가 정의될 수 있다.

- 종단 사용자와 전송도메인간의 직접적인 통신이 요구되지 않아 양측 모두에게 사용이 편리하다.

- 전반적인 QoS 제어가 ASP에 의해 이루어지므로, 방화벽 등의 각종 부가서비스의 추가 적용이 용이하다.

III. 종단간 QoS 관련 ITU-T 표준기술 동향

최근 ITU-T에서는 종단간 QoS 기술의 표준화를 추진 중이다. SG12에서는 주로 QoS 개념 정의 및 프레임워크 설계 작업을 추진 중이며, SG16에서는 ETSI TIPHON 그룹관 연계하여 응용계층에서의 QoS 제공구조 설계를 진행하고 있다. 본 절에서는 SG12에서 진행 중인 QoS 관련 작업내용과, SG16에서 새로이 추진 중인 QoS 표준화 아이템에 대하여 알아보고, 또한 H.323 기반 VoIP 응용에서의 QoS 제공구조에 대하여 살펴본다.

1. ITU-T SG12 표준화 동향

ITU-T SG12는 ITU-T 내에서 QoS 관련 Lead SG로써, QoS 관련 개념 정의 및 프레임워크 관련 규격을 개발하고 있다. 지금까지 G.109, G.1000 및 G.1010 등의 표준권고안이 제정되었다.

. G.109 권고안(definition of categories of speech transmission quality)[5]

이 문서에서는 <표 2>처럼 사용자만족도(user satisfaction) 관점에서 음성전화(speech) 서비스에 대한 QoS 등급을 5가지로 분류하고 있다. 이와 같은 QoS 분류는 현재 TIPHON 의 기술 개발작업에서 기본 자료로 사용되고 있다.

. G.1000 권고안(communications QoS: a framework and definitions)[6]

이 문서에서는 QoS 관련 기본 개념을 정리하고 프레임워크를 기술하고 있다. 이를 통해 ITU-T의 QoS 관련 표준개발 작업에서 단일화된 접근방식을 도모하고자 한다. (그림 7)에서 보여지듯이, QoS 정의는 고객과 사업자 관점에서 다르게 정의될 수 있다. 먼저 고객의 QoS 요구사항을 토대로 사업자가 제공하고자 하는 QoS가 있으며, 실제 사업자의 투자 및 계획에 의해 제공되어지는 QoS가 존재한다. 또한, 최종적으로 사용자가 실제로 느끼는 QoS는 이와 다를 수 있다. 상기와 같은 QoS 관련 다양한 정의 및 관점에 입각하여 QoS 표준기술 개발작업을 추진할 필요가 있다.

. G.1010 권고안(end-user multimedia QoS categories)[7]

 (그림 8)에서 보여지듯이, 정보의 손실(error) 및 지연시간(delay) 관점에서, 멀티미디어 응용 서비스들을 크게 8가지로 분류하고 있다. 이러한 응용서비스 분류를 통해, 사용자, 서비스도메인 및 전송도메인 등에서 QoS 등급을 분류하는 데에 도움을 얻을 수 있다.

2. ITU-T Q.F/16 표준화 동향

ITU-T SG16은 이번 2001~2004 회기 동안에 Mediacom 2004 프로젝트를 추진 중이며, 그 일환으로 SG16 내에 Q.F를 신설하여 multimedia QoS 관련 표준화 작업을 진행 중이다. 현재, Q.F/16에서 계획 중인 표준화 아이템 및 권고안 문서를 살펴보면 다음과 같다[8-10].

. QoS Architecture(H.qos.arch)

멀티미디어 QoS 시그널링 및 제어 관련하여, 전반적인 프레임워크 구조를 정의한다. 그 동안 작성되어온 H.323 Annex N(H.323 기반 QoS 제어) 문서의 내용을 보다 보편적인(특정 응용에 얽매이지 않은) 멀티미디어 QoS 제공 구조 문서로 보완할 예정이다.

. Multimedia QoS Service Classification(H.mmclass)

QoS 서비스 수준(service levels)을 분류하고, 각 QoS 수준에 대하여 요구되는 성능변수 값을 권고할 예정이다. QoS 수준의 분류는 미디어 타입(speech, audio, video, still image, data) 종류별 혹은 응용서비스(IP telephony, audiovisual conference, audio streaming) 종류별로 수행될 수 있다. 미디어 타입별 분류는 TIPHON에서의 경험적인 결과를 토대로 진행될 것이나, 궁극적인 QoS 분류는 사용자와 사업자간의 협상(SLA) 형태로 정의되어야 한다. 응용서비스별 분류는, 응용 종류가 너무나 다양하기 때문에, 몇 가지 응용을 QoS 분류 예제로써 보여주는 선에서 권고안 작업이 마무리될 것으로 예상된다.

. Call Processing Performance in Multimedia Systems(H.mmcp)

멀티미디어 시스템 및 응용에 대하여 세션 설치 및 종료, 데이터 경로 설치 및 세션 관리 등에 대한 제어 메커니즘을 기술하고, 각 제어 기능에 대하여 요구되는 처리시간 등이 권고될 예정이다.

. Techniques and Procedures for Controlling Service priority(H.priority)

서비스우선순위(priority)에 대한 정의 및 분류를 미디어 타입별 혹은 응용별로 수행한다. 서비스우선순위 정보의 전달이 사용자도메인, ASP 도메인 및 전송도메인간에 수행될 수 있도록 적절한 시그널링 메커니즘에 대한 개발이 함께 고려될 예정이다. 특히 최근 이슈가 되고 있는 ETS(Emergency Telecommunications Services) 서비스를 QoS 서비스우선순위 분류 체계에 포함할 예정이다.

. QoS Signalling to Transport Domains(H.trans.control)

각종 QoS 정보가 시그널링을 통해 전송도메인에 전해져 망에서 실제적인 자원예약이 수행될 수 있도록, ASP 도메인과 전송도메인과의 시그널링 규격이 개발될 예정이다. QoS 시그널링은 QoS 제어메시지에 대한 승락, 거부, 변경 등의 절차를 포함한다.

. QoS Management Issues(H.qos.m)

종단간 QoS 제공에 대한 전반적인 관련 이슈에 대하여 기술한다. ASP 입장에서 QoS 서비스에 대한 과금 등을 목적으로, 개별 사용자들이 인식하는 QoS 상태 정보를 취합 및 분석하고, 종단간 QoS 세션에 대한 실시간 감시 및 측정하는 방법을 기술하며, 최적의 QoS 제어를 위해 필요한 시스템 및 네트워크 요소에 대한 지침서를 개발한다.

. QoS Policy Server Signalling(H.policy)

QoS policy 서버를 이용하여 사용자와 ASP간에 QoS 프로파일(profiles) 정보가 전달되는 메커니즘을 정의한다.

. Error Resilience for Media Codecs(H.resilience)

다양한 멀티미디어 오디오, 비디오 코덱에 대한 오류복구 절차 및 참고사항을 기술한다.

 (그림 9)은 Q.F/16에서 진행 중인 표준화 이슈들간의 상관관계를 보여준다.

IV. 결론 및 향후 전망

지금까지, 최근 표준화 이슈가 되고 있는 종단간 QoS 기술에 대하여 ITU-T를 중심으로 진행 중인 표준화 동향에 대하여 살펴보았다. 기존의 네트워크 QoS 방식과는 달리, 종단간 QoS 제공구조에서는 다음과 같은 특징을 제공한다. 먼저, 기존에는 네트워크 관점에서의 QoS 제공 메커니즘이 논의된 반면에, 종단간 QoS 방식에서는 종단 사용자가 인식하는 QoS을 토대로 관련 기술을 논의한다. 이와 관련하여 QoS에 대한 다양한 특징 분석작업을 수행하였다. 또한 기존의 방식은 네트워크사업자 중심의 QoS 제공구조이나, 종단간 QoS 방식에서는 응용서비스사업자가 전반적인 QoS 제어 기능을 수행하고, 나아가 과금 등의 관련 수익모델 수립 및 수익분배의 역할을 담당한다.

지금까지 QoS 관련 개념 정립 및 프레임워크 문서작업은 어느 정도 완성된 것으로 평가된다. 향후에는 이러한 분석 결과를 토대로 실제 사용자, 응용 및 네트워크를 연결하는 시그널링 프로토콜 및 세부적인 QoS 제어 메커니즘이 개발될 것으로 보인다.

한편으로, 그 동안의 연구개발은 QoS 보장(guarantee)을 목표로 하였고, QoS 보장을 위한 네트워크 자원예약 및 관리 기술이 개발되어 왔음을 알 수 있다. 그러나, 응용서비스의 QoS 특성과 네트워크의 QoS 특성이 매우 달라서, 사실상 상호연동 이슈가 매우 복잡하다. 그 결과, 실제 서비스로의 보급은 매우 저조하였다.

이러한 점으로 비추어 볼 때, 향후 QoS 관련 기술개발은 보다 쉽게 실제 서비스 및 망에 적용될 수 있는 솔루션을 개발하는 방향으로 나아가야 할 것이다. 한 예로써, 네트워크 QoS의 지원을 받지 않고서도, 기존의 서비스품질을 조금이라도 개선시키는, 소위 QoS 개선(improvement)을 목표로 하는 연구개발이 실질적으로 의미가 있을 것으로 사료된다.

<참 고 문 헌>

[1]    ITU-T SG12, http://www.itu.int/ITU-T/studygroups/com12/index.html

[2]    ITU-T SG16, http://www.itu.int/ITU-T/studygroups/com16/index.html

[3]    ETSI TIPHON, http://www.etsi.fr/tiphon/

[4]    IETF NSIS WG, http://www.ietf.org/html.charters/nsis-charter.html

[5]    ITU-T Rec. G.109, Definition of Categories of Speech Transmission Quality, ITU-T SG12, 2001.

[6]    ITU-T Rec. G.1000, Communications QoS: A Framework and definitions, ITU-T SG12, 2002.

[7]    ITU-T Rec. G.1010, End-user Multimedia QoS Categories, ITU-T SG12, 2002.

[8]    ITU-T SG16 Question F, Meeting Report of ITU-T Q.F/16, February 2002.

[9]    ITU Workshop on Multimedia Convergence, http://www.itu.int/ITU-T/worksem/ipcablecom/ program.html, March 2002.

[10]  강신각, End-to-end VoIP QoS 제공 기술, ION 2001 발표자료집, http://www.ion.or.kr/