KR100419291B1 - 인터넷에서 동적인 과금 결정 방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인터넷에서 동적인 과금 결정 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 래디어스(Remote Authentication Dial-In User Service, RADIUS)를 이용하여 통합 서비스(Int-Serv) 모델과 차동 서비스(Diff-Serv)를 연동하여 동적으로 과금을 결정할 수 있도록 함으로써, 사용자에게 서비스품질(QoS)을 보장하여 주는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 사용자가 TCP연결을 설정하는 단계와, 상기 사용자의 신원을 확인하는 단계와. 신원이 확인된 사용자에게 요금지불 의향이 있는지를 확인하는 단계와, 사용자가 요금지불 의향이 있으면, 제공받을 서비스의 종류를 선택하도록 하고, 요금계산을 시작하는 단계와, 사용자가 연결을 해제하면, 전송된 패킷의 양을 계산하여 사용자에게 과금하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 CBQ의 패킷 추정기의 EWMA WEIGHT값과 평균제한 변수를 이용하여 네트워크 혼잡시에 최상위 서비스의 수준을 일정하게 유지하여 사용자에게 제공하는 효과가 있다.

Description

인터넷에서 동적인 과금 결정 방법 및 그 시스템{METHOD OF BILLING ON THE INTERNET AND THEREOF SUSTEM}

본 발명은 인터넷에서 동적인 과금 결정 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 특히 통합 서비스(Integrated Service, Int-Serv) 모델과 차동 서비스(Differentiated Service, Diff-Serv)를 연동하여 동적으로 과금을 결정할 수 있도록 함으로써, 사용자에게 서비스품질(Quality of Service, QoS)을 보장하여 주며, 또한 사용자가 수신한 패킷에 따라 과금을 결정하는 동적인 과금 결정 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

최근 수 년 동안 다양한 종류의 서비스가 네트워크에 제공되면서, 이를 위한 네트워크 자원의 효율적인 관리문제가 제기되고 있는데, 인터넷에서는 VOIP(voice over IP [Internet Protocol], VoIP), 사설가상회선(Virtual Private Network)과 같이 서비스품질(QoS) 보장을 요구하는 새로운 응용 서비스들의 출현과 함께 IP QoS의 문제는 차세대 인터넷에서 가장 주요한 과제의 하나로 등장하고 있으며, 인터넷을 통해 전달되는 패킷의 지연시간과 지연변이 그리고 손실은 서비스에 따른 요구사항, 즉 QoS의 주요 내용이라고 할 수 있다.

하지만 현재의 인터넷은 모든 패킷을 동일하게 전달하는 베스트 에퍼트(best effort) 서비스만을 제공하고 있기 때문에 서비스에 따른 패킷의 전달 지연과 지연 변이에 대한 요구사항을 보장해 주지 못하고 있다.

실시간 응용 서비스가 요구하는 QoS를 지원하기 위해 새로운 서비스 모델에 기반을 둔 IP 패킷 전달방식에 대한 연구가 최근 수년간 인터넷 공학 특별전문위원회(Internet Engineering Task Force, IETF) Int-Serv 워킹 그룹에서 연구되어 왔는데, 이 그룹에서 개발한 통합 서비스(Int-Serv) 모델은 실시간 응용 서비스에서 발생되는 패킷의 흐름을 단위로 하여 QoS 보장형 서비스와 비보장형 서비스 유형으로 구분하여 패킷을 전달한다. 즉 보장형 서비스는 자원 예약 프로토콜(Resource Reservation Protocol, RSVP)신호를 이용하여 사전에 연결 수락제어와 자원예약을 수행하여 패킷의 전달 지연을 보장해 준다. 이 Int-Serv 모델에 대하여 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 이제까지 하나의 서비스로 취급되던 IP 패킷의 흐름을 QoS 특성에 따라 여러 종류의 서비스 유형으로 구분하고, 이렇게 구분된 IP 패킷의 흐름은 서로 다른 서비스 특성을 갖고 또한, 자연히 서로 다른 QoS를 가지게 된다. 즉 하나의 흐름은 하나의 응용개체(application entity)로부터 발생될 수도 있으며, 여러 응용 개체로부터 통합될 수도 있다.

각 서비스의 유형은 특성에 따라 각기 다른 QoS를 요구하기 때문에 따라서 다음 단계에서 각 서비스 유형이 요구하는 QoS를 표현하는 파라미터를 결정해야 하는데, 이것을 'flowspec'이라 부르며, 응용 서비스가 요구하는 QoS를 보장하기 위해서는 망에 필요한 대역폭을 요청해야 한다. 이를 위해 종단 호스트와 망 노드 사이에서 flowspec 정보를 전달하는데, 이를 담당하는 것이 자원예약 프로토콜(RSVP)이다. 망 노드(인터넷의 경우 라우터)는 호스트가 요청한 flowspec과 현재 망의 상태에 따라 서비스를 제공할 것인지 거부할 것인지 결정을 하는데, 이것을 연결수락제어(admission control)라고 부른다.

그리고, 최종적으로 응용 서비스가 요청한 대역을 제공하고, QoS를 보장하기 위해서 링크 계층에서는 패킷 스케줄러(packet scheduler)와 패킷 구분(classifier)의 기능을 수행하게 되며, 이때 링크 계층에서의 패킷 제어를 위해서 패킷 흐름의 트래픽 특성은 상호 이해할 수 있는 트래픽 파라미터로 표현되어야 한다.

하지만 Int-Serv 모델은 각 패킷의 흐름에 대한 상태정보를 망의 라우터가 유지하고 있어야 하기 때문에 망의 규모가 커질 때 이를 현실적으로 수용하기에는 문제점이 있으며, 이는 수천 개에서 수만 개의 패킷 흐름이 동시에 존재할 수 있는 광역 백본 라우터의 경우 각 흐름별로 연결 상태를 개별적으로 유지, 관리하기란 매우 힘들기 때문이다.

이에 따라 큰 규모의 인터넷 전달망에 적용할 경우 확장성의 문제를 가지고 있는 Int-Serv 모델의 한계를 극복하고, 인터넷 백본망에서 적용할 수 있는 서비스 모델로 차동 서비스(Diff-Serv) 모델이 1997년 후반부터 IETF에서 활발히 논의되기 시작되어 빠른 속도로 구조 및 관련 표준안이 개발되고 있는데, 이 Diff-Serv 모델은 흐름 단위로 QoS를 보장하지 않고, 흐름들의 집합(aggregation)을 단위로 서비스 차별을 함으로써, 대규모 망에서도 적용이 가능하도록 한다.

즉, Diff-Serv 제공 능력을 갖는 DS망(혹은 DS 도메인)은 여러 ISP 망으로 구성될 수 있고, ISP를 연결하는 링크 사이의 경계에 경계 라우터(edge router)가 존재하며, DS망과 Non-DS망과 연결되는 위치에도 경계 라우터가 존재하게 되어 Diff-Serv는 여러 ISP에 걸친 양 종단간 서비스(end-to-end Intra-domain service)와, 하나의 ISP 망에서 시작되고 끝나는 Intra-domain 서비스의 두 형태를 지원하게 된다. 따라서 일반 개인뿐 아니라 ISP 망 자체가 DS망의 사용자가 될 수 있다.

그러나, Diff-Serv는 아직 표준화가 완전히 되지 않아 사용하기에는 아직 미흡한 부분이 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 래디어스(Remote Authentication Dial-In User Service, RADIUS)를 이용하여 통합 서비스(Int-Serv) 모델과 차동 서비스(Diff-Serv)를 연동하여 동적으로 과금을 결정할 수 있도록 함으로써, 사용자에게 서비스품질(QoS)을 보장하여 주는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 사용자의 단말기로부터 TCP연결 요청이 있는 경우 상기 인터넷 연결부를 이용해 TCP 연결을 설정하는 단계와, 상기 사용자 단말기로부터 전송된 상기 사용자의 정보를 이용하여 상기 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT)와 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)에서 상기 사용자의 신원을 확인하는 단계와, 신원이 확인된 상기 사용자에게 요금지불 의향이 있는지를 상기 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT)와 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)가 확인하는 단계와, 상기 사용자가 요금지불 의향이 있는 경우, 상기 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER) 및 클래스 선택기에서 제공할 서비스의 종류를 선택하고 요금계산을 시작하는 단계와, 사용자가 연결을 해제하면, 상기 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)가 전송된 패킷의 양을 계산하여 사용자에게 과금하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 개요를 나타낸 블럭도이다.

도 2는 도 1의 상세 블럭도이다.

도 3은 본 발명에서의 클래식 분류기를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에서의 클래스 추정기를 나타낸 것이다.

도 5는 패킷들의 상호출발 시간을 비교한 것이다.

도 6은 본 발명의 과금 결정 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 7은 본 발명의 과금 결정 방법의 순서를 나타낸 것이다.

도 8은 CBQ를 이용한 클래스 분류를 나타낸 것이다.

도 9는 클래스 분류의 토폴로지를 나타낸 것이다.

도 10a, 10b는 클래스 레벨에 따른 패킷 수신수를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 개요를 나타낸 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 양 끝단의 호스트에 QOS의 제공이 가능함을 나타내며, Diff-Serv망은 전달망으로, Int-Serv망은 DS망은 사용자의 관계를 갖는 것으로 가정한다.

도 1과 같이 두 망의 구체적 연동에서는, 호스트에서 발생된 RSVP메세지가 어떻게 IP망과 DS망을 거쳐 전달될 것인지에 관한 점이 고려되어야 한다.

도 1의 상세한 구성을 나타낸 것이 도 2이다. 도시된 바와 같이, 양 단의 다수의 호스트들과, 다수의 호스트들을 diff-serv 네트워크와 연계하는 inter-serv네트워크로 크게 구성되어 있으며, int-serv 네트워크에는 측정 정책(metering policy)을 사용하여 트래픽 흐름을 측정하여 사용량을 기록하도록 한다.

측정 정책으로부터 기록된 데이터는 수집 정책(collecting policy)을 사용하여 데이터를 저장하고, 저장된 데이터는 회계 정책(accounting policy)에서 요금을 책정하고, 책정된 요금을 요금부과 정책(charging policy)을 사용하여 사용자에게 패킷 사용량에 대한 요금부과를 실행한다.

수집 정책과 회계 정책은 회계 측정 정책 서버(accounting and metering policy server)에서 관리하고, 요금부과 과금 정책 서버(charging and billing policy server)에서는 요금부과 정책과 과금 정책을 관리한다.

본 발명에서는 등급별 대기 행렬(Class-Based Queueing, 이하 CBQ)을 사용하여 메세지 전달을 행하도록 한다.

CBQ는 WFQ(Weighted Fair Queueing), CQ(Custom Queueing), PQ(Priority Queueing)및 CBWFQ(Class Based Weighted Fair Queueing)기능을 하나로 통합한 것으로, 기존의 트래픽 관리기술에 비하여 대역폭을 트래픽 흐름별로 더욱 효과적으로 배정하는 기능과 많은 종류의 트래픽을 관리할 수 있는 기능을 제공한다.

상기 CBQ는 클래스 분류기(Class classifier)와 클래스 추정기(class estimator)로 이루어진다.

상기 클래스 분류기는 도 3에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 게이트 웨이에 도착한 패킷을 출력 링크에 적당한 클래스를 할당하여 대역폭을 트래픽 흐름별로 배정한다.

상기 클래스 추정기는 일정간격으로 각 클래스에 할당된 대역폭을 추정하는데 사용되며, 각 대역폭에 링크분할이 가능한지 판단한다.

클래스 추정기의 동작을 도 4에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 클래스 추정기에서 EWMA(exponential weighted moving average)를 사용한다.

클래스 추정기에서는 패킷간 출발 시간 차이를 살피며, 패킷 전송의 평균값과 패킷 전송간의 출발시간의 평균값을 구하는데 사용된다.

최근 전송된 패킷의 바이트를 s라 하고, 클래스에 할당된 링크-공유(link-sharing) 대역폭으로서 초당 바이트를 b라 하고, 클래스 내에서 이전에 전송된 패킷과 방금 전송된 패킷 사이의 시간을 t라 하면, 게이트 웨이에서 s패킷 사이즈를 클래스에 할당된 링크-공유(link-sharing) 대역폭b가 할당되면, 연속적이 패킷들의 상호출발 시간은 다음의 수학식 1과 같다.

또한, 실제적인 상호 출발시간과 할당된 상호 출발 시간의 차이는 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.

상기 수학식 2의 diff 가 음수이면 그 클래스는 링크-공유(link-sharing) 대역폭을 초과했다는 의미이며, 양수이면 그 반대로 클래스가 대역폭을 초과하지 않음을 의미하며, 이를 도 5에 나타내었다.

평균값은 diff 변수의 EWMA를 사용하여 다음의 수학식 3으로부터 도출된 평균값을 사용한다.

도 6은 본 발명의 과금 결정 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도시된 바와 같이, end customer, RADIUS agent manager, internet connectivity 로 이루어져 있으며, int-serv와 diff-serv망의 연동망에서 사용되며, int-serv망의 끝단에 구현되어진다.

상기 호스트는 TCP SYN 메세지를 전송해서 연결을 시작한다. 연결이 시작되면 RADIUS AGENT는 TCP SYN 메세지를 새로운 네트워크 설정으로 인식하고, 고유 ID를 발급하도록 한다.

RADIUS AGENT에서는 빌링 서버가 연결을 허락할 것인가에 대한 접촉을 하고, 빌링 메니져는 RADIUS를 이용하여 사용자를 인증한다.

사용자가 인증되면 RADIUS MANAGER는 사용자에게 연결 설정에 대한 요금을 지불할 것인지를 확인하고, 호스트로부터 요금 지불 의사가 확인되면 RADIUS MANAGER가 RADIUS를 이용하여 인증과정을 실행한다.

인증이 성공적으로 실행되면 빌링 메니져는 RADIUS AGENT에게 연결된 링크를 측정한다.

RADIUS AGENT에서는 측정된 링크에 대한 과금을 외부 호스트에 TCP SYN 메세지를 전송한다.

상기 RADIUS AGENT는 상술한 기능이외에 부가적으로 방화벽 기능이 구연되어 있으며, 동적인 과금을 부과하는 모듈이 구성되어 진다.

상기 시스템에서는 이용자에게 class A,B,C로 나누어진 서비스를 제공하고, 단위시간당 전송된 패킷수를 계산하여 RADIUS AGENT가 RADIUS MANAGER에게 전송정보를 제공한다.

상기 시스템에서는 사용자가 인터넷을 연결하고자 TCP 연결을 설정하면, RADIUS AGENT가 사용자의 신원을 확인하는 과정을 거쳐서 사용자와의 연결이 승인되고 난 후에, 사용자가 요금을 지불할 준비가 되어 있으면 연결이 이루어지고, RADIUS AGENT가 요금계산을 시작한다.

본 시스템에서는 각 사용자에 대하여 사용자가 사용한 만큼의 요금을 부과하며, 이에 따른 정보 보안 정책을 구비하도록 한다.

도 7은 본 발명의 과금 결정 시스템의 연결 설정순서를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, end-customer가 TCP SYNC 메세지를 전송하여 연결을 설정하며, class 선택 메세지도 전송한다(1).

access controller에서 RADIUS MANAGER에게 사용자 확인 메세지를 보내며, 사용자 확인 데몬(user identification daemon)을 이용하여 사용자를 인식한다(2,3).

RADIUS AGENT의 access controller는 RADIUS MANAGER에게 사용자 이름 확인 서비스(user name service)를 요구하며, 해당 사용자의 요금기능 에이젼트를 작동시킨다(4,5).

access controller는 end-customer에게 사용자 승인과 클래스 선택 승인 메세지를 전송한다(6).

access controller는 목적지 호스트에게 지연된 첫번째 TCP SYN 메세지를 보낸다.

사용자가 시스템을 이용하는 중간에 서비스 클래스를 변경할 수 있도록 상기의 2~6과정을 통하여 클래스 변경 서비스를 제공할 수도 있다.

또한 네트워크 혼잡이나 폭주현상이 발생할 때는 RADIUS AGENT가 CBQ의 패킷 추정기의 변수 설정을 통하여, 우선 순위가 높은 순서로 서비스를 보장할 수 있도록 한다.

우선, QOS routing 기능을 실행하기 위하여 RSVP, resource management를 이용한다. 도 8은 CBQ를 이용한 클래스 분류를 나타낸 것으로, ReT1은 Best service class를 나타내며, ReT2는 Good service class, BE는 Default service class를 나타내고, 이를 표 1에 도시하였다.

도 9는 클래스 분류의 토폴로지를 나타낸 것이다. 네트워크 혼잡시 최상위서비스 레벨인 Best service class의 서비스를 보장해 주기 위해, CBQ에서의 EWMA-weight값과 avrage limit 변수 값 조정을 하여 각 등급의 패킷 전송수를 비교하였다. 여기서 IWU는 게이트웨이를 의미한다.

도 10a, 10b는 클래스 레벨에 따른 패킷 수신수를 나타낸 것으로, RADIUS manager가 CBQ의 패킷 추정기의 변수 설정을 통하여, 우선순위가 높은 Best service class, Good service class의 서비스 품질을 보장할 수 있는 방식에 대해 나타낸다.

도 8에 제시된 모델을 사용하여 EWMA weight 0.6, 평균제한값 50000byte와 각 CBQ의 큐 사이즈로 10000 byte를 했을 때의 결과 그래프를 나타낸 것이 도 10a이고, EWMA weight 0.8, CBQ의 평균제한값이 150000 byte인 경우를 나타낸 것이 도 10b이다.

상기 도 10a와 도 10b를 살펴보면, 평균제한값이 150000 byte일 경우에도 Default service class 와classs C의 처리율의 차이는 별로 나지 않지만, Best service class의 수준은 향상되는 것을 알 수 있다. 이러한 변수 조정을 통하여 네트워크가 혼잡이 발생하였을 때 최상위 서비스인 Best service class를 다른 서비스 레벨보다 높은 수준을 유지시킬 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 본 발명 분야의 당업자는 본 발명 사상과 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

본 발명은 CBQ의 패킷 추정기의 EWMA WEIGHT값과 평균제한 변수를 이용하여 네트워크 혼잡시에 최상위 서비스의 수준을 일정하게 유지하여 사용자에게 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 또한, 전송된 패킷에 따라 차등적으로 과금을 결정하여 효율적인 과금 시스템을 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 클래스 선택기, 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT), 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER) 및 인터넷 연결부를 포함하며, 통합 서비스(int-serv)와 차동 서비스(diff-serv)를 연동하여 패킷전송량에 따른 과금을 결정하기 위한 과금 결정 시스템에 적용되는 인터넷에서 동적인 과금 결정 방법에 있어서,

   사용자의 단말기로부터 TCP연결 요청이 있는 경우 상기 인터넷 연결부를 이용해 TCP 연결을 설정하는 단계와,

   상기 사용자 단말기로부터 전송된 상기 사용자의 정보를 이용하여 상기 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT)와 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)에서 상기 사용자의 신원을 확인하는 단계와,

   신원이 확인된 상기 사용자에게 요금지불 의향이 있는지를 상기 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT)와 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)가 확인하는 단계와,

   상기 사용자가 요금지불 의향이 있는 경우, 상기 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER) 및 클래스 선택기에서 제공할 서비스의 종류를 선택하고 요금계산을 시작하는 단계와,

   사용자가 연결을 해제하면, 상기 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)가 전송된 패킷의 양을 계산하여 사용자에게 과금하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인터넷에서 동적인 과금 결정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 사용자에게 제공하는 서비스는 베스트 서비스(BEST SERVICE)/ 굳 서비스(GOOD SERVICE)/ 디폴트 서비스(DEFALT SERVICE)의 세 종류로 나누어 제공하고, 등급별 대기 행렬(CBQ)을 사용하여 메세지 전달을 행하도록 하는 것을 특징으로 하는 인터넷에서 동적인 과금 결정 방법.
3. 통합 서비스(int-serv)와 차동 서비스(diff-serv)를 연동하여 패킷전송량에 따른 과금을 결정하기 위한 인터넷에서 동적인 과금 결정 시스템에 있어서,

   신원이 확인된 사용자가 원하는 품질의 클래스를 제공하기 위한 클래스 선택기와,

   호스트로부터 메세지를 전송받아 네트워크 설정을 인식하여 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)와 연결할 것인지를 결정하고, 연결된 사항에 대한 정보를 작성하여 외부 호스트로 전송하는 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT)와,

   상기 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT)로부터 전송된 메세지로 사용자를 인증하고, 인증된 사용자에게 요금지불확인을 하며, 상기 래디어스 에이전트(RADIUS AGENT)에게 연결된 링크를 측정하는 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)와,

   호스트와 사용자를 연결하는 인터넷 연결부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 인터넷에서 동적인 과금결정 시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 래디어스 매니저(RADIUS MANAGER)에서 요금을 측정하기 위한 정책들은, 트래픽 흐름을 측정하여 사용량을 기록하는 metering(측정)정책과, 상기 측정정책으로 부터 데이터를 수집하는 collecting(수집)정책과, 상기 수집정책으로부터 데이터를 전송받아 사용자에게 전송된 패킷량을 계산하는 accounting(회계)정책과, 상기 회계정책으로부터 전송된 패킷량에 대해 사용자에게 요금을 부과하는 charging(요금 부과)정책으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터넷에서 동적인 과금결정 시스템.