KR100853045B1 - 모바일 통신 시스템에서 자동 ｉｐ 트래픽 최적화 - Google Patents

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Abstract

이동 통신 환경에서 서비스의 정밀화된 품질의 구현을 위한 시스템 및 방법이 다양한 네트워크 조건에 대한 동작으로 어떠한 최적화 동작이 취해질 지를 결정하기 위해 자동 IP 정책 결정 포인트(PDP)를 사용한다. 자동 IP는 IP 데이터 흐름의 사용자 식별을 결정하기 위해 Gb 인터페이스 프로브로부터의 입력 정보로서, 네트워크 정체와 관련한 무선 액세스 네트워크(RAN) 네트워크 관리 시스템(NMS)으로부터의 정보를 사용한다. 셀 트래픽 정보는 트래픽 분석 및 프로세싱 엔진으로 통과하며, 자동 IP PDP는 실시간 트래픽 정보를 n-차원 트래픽 모델로 맵핑한다. 자동화된 정책 결정 가이드 알고리즘은 n-차원 트래픽 모델에서 실행되며 사람의 개입 없이 트래픽 및 셀 정체 조건을 기반으로 정책을 선택한다. 부가적으로, 일치 체크는 새로운 정책들이 현재 정책과 일치하는 지를 보장하도록 실행된다. 정책 결정 결과는 트래픽 문제가 RAN에서 발생하는 위치가 상이한 네트워크(Gi)에서의 포인트의 네트워크 상에 동작하는 자동 IP 트래픽 최적화기로 제공된다. 자동 IP 트래픽 최적화기는 트래픽 세이핑, TCP 윈도우 클램핑 또는 셀 단위 기반의 다른 트래픽 최적화 절차를 구현한다.

Description

모바일 통신 시스템에서 자동 ＩＰ 트래픽 최적화{AUTO-IP TRAFFIC OPTIMIZATION IN MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEMS}
본 출원은 "Dynamic Network Management In A Mobile Environment"라는 명칭으로 2003년 8월 14일 출원된 미국 가출원 No.60/495,308을 우선권으로 주장한다.
본 발명은 무선 통신 네트워크에서 데이터 서비스의 제공에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 음성 및 데이터 서비스의 전송을 위해 현존 무선 네트워크의 효율적인 사용을 가능하게 하기 위해 네트워크 트래픽의 자동 최적화 및 네트워크 구성의 동적 관리를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 무선 액세스 네트워크에 대해 한정된 트래픽 상의 트래픽 세이핑과 같은 다양한 최적화 기술을 선택적으로 제공함으로써, 셀에서의 전체 로드를 감소시키고 연속하여 네트워크 성능을 향상시키는 것이 가능하다.
2세대 모바일 네트워크와 같은 통신 시스템에서, 용량 제한은 고객당 평균 수익을 감소시키는 결과를 초래하며, 그로 인해 모바일 운영자가 자신의 네트워크 및 서비스를 3세대 네트워크로 업그레이드할 것을 고려하도록 한다. 그러나 인터넷 버블에서의 버스트 외에, 데이터 서비스에 대한 고객의 상대적으로 늦은 응답은 자본 투자를 더욱 조심스럽게 하고 3G 배치를 연기시키는 요인이된다. 대부분의 주요 모바일 운영자는 데이터 서비스를 제공하기 위해, General Packet Radio Service(GPRS), Enhanced Data for GSM Evolution(EDGE), 또는 Code Division Multiple Access(CDMA) Radio Transmission Technology(1xRTT)와 같은 2.5G 네트워크 기술을 사용하는 것에 더욱 의존적이다.
3G 네트워크 구축에서의 지연 및 더 많은 무선 송신기를 부가시키는 것에 대한 거부감은 한정된 무선 리소스를 더욱 효율적으로 이용하는 방법을 찾는 것을 바람직하게 한다. 동시에, 모바일 고객은 더 많은 서비스 및 더 높은 서비스 품질을 요구하고 있다. 운영자는 성공적이지 않은 무선 액세스 프로토콜("WAP")과 관련한 부정적 사용자와 같은 부정적인 사용자 경험을 생성하는 것을 방지하는데 주의해야 한다. 이러한 모든 변화는 2.5G 네트워크를 최적화하기 위한 혁신적인 해결책에 대한 기회를 제공할 것이다.
무선 액세스 네트워크(RAN) 리소스의 부족은 무선 네트워크의 서비스 데이터의 품질에 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 그 용량에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 무선 2.5G 데이터 네트워크는 기본적으로 오버레이 무선 네트워크이다. 무선 리소스의 공유는 동일한 무선 설비가 음성 및 데이터에 사용될 수 있기 때문에 바람직하며, 많은 자본 지출 없이 무선 데이터 서비스의 도입을 가능하게 한다. 그러나, "우수한" 음성 품질을 충족시키기 위해, 이동통신 모바일 시스템용 글로벌 시스템(GSM)에서 시분할 다중 액세스(TDMA) 시간 슬롯의 절반은 평균적으로 음성에 의해 사용될 것임을 알 수 있다. GSM 시스템에서, 음성은 통상적으로 데이터를 선취하며, 그 결과 TDMA 슬롯의 절반 이하가 데이터를 전달하는데 사용될 수 있다. 이러 한 상황은 피크 음성 사용 시간 동안 더 악화될 것이다.
모바일 환경에서, 가장 큰 성능 병목 현상이 무선 액세스 네트워크(RAN)에서 발생한다. RAN을 업그레이드하고 무선 용량을 증가시키기 위해 많은 자본을 투자하는 것을 늦출 경우, RAN에서의 정체 현상이 발생하는 것을 피할 수 없다. 정체 현상이 발생시, 다른 고객과 비교하여 소정 고객의 트래픽에 대해 상이한 조치를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 차별화된 서비스는 프리미엄(또는 우선권 있는) 고객 세션에 더 많은 네트워크 리소스를 제공하고, 성능 저하를 피할 수 없는 경우 소정 트래픽에 대해 더 높은 우선권을 제공하는 것을 제안한다. 서비스의 품질(QoS) 설계는 차별화된 서비스를 제고하기 위해 필요하다. 그러나, 2.5G 무선 네트워크의 경우, 무선 네트워크에서 명백한 QoS 제어는 없다. 3G/UMTS 네트워크의 경우, QoS는 부분적으로 해결될 것이지만, 대규모 3G 배치는 수년 동안은 예상되지 않는다.
대부분의 서비스 제공자는, 단체 고객과 같은 소정의 고객이 비단체 고객에 비해 투자상에서 더 많은 수익을 발생시킬 것으로 기대하는 것처럼 차별화된 서비스를 제공하고 있다. 차별화된 서비스를 제공하는 것은 유선 환경보다는 무선 환경에서 더 많은 도전이다. 무선 리소스의 부족 외에, 모바일 고객을 위치설정하고, 세션 및 이들의 네트워크 리소스를 추적하는 것은 기본적인 도전이다. 이러한 정보 없이, 프리미엄 고객의 특정 세트에 대해 네트워크 리소스를 차별적으로 제어 및 할당하는 것은 매우 어려울 것이다.
3G UMTS(3세대 범용 모바일 통신 시스템)은 단 대 단 서비스 품질(QoS)을 지 원하는 제안된 구조이다. 이는 게이트웨이 GPRS 지원 노드(GGSN)와 정책 제어 기능(PCF)으로 불리는 새로운 기능 사이에서 한정된 인터넷 프로토콜(IP)QoS 및 QoS 정책 인터페이스(GO)에 기초한다. PCF는 IMS(IP 기반 멀티미디어 서비스 플랫폼) 구조의 일부인 P-CSCF(정책-호 상태 제어 기능)으로 불리는 모듈의 일부이다.
UMTS QoS 지원은 인터넷 엔지니어링 태스크 포스(IETF)로부터 공통 개방 정책 서비스(COPS) 프로토콜을 통해 DiffServ, Intserv, 자원 보존 프로토콜(RSVP), 및 QoS 정책 관리를 포함하는 IP QoS 메커니즘에 기초한다. 현재의 UMTS 시스템에서, 더 높은 레벨의 QoS 요청은 PCF 모듈에서의 정책으로 맵핑된다. 정책은 GGSN에 위치된 PCF 및 IP BS(베어러 서비스) 관리자와 모바일 터미널 사이에 전달된다. IP BS QoS 요구는 정책 결정 포인트(PDP) 콘택스트 레벨로 UMTS QoS 요구 사항으로 추가로 맵핑된다. QoS 정책의 지원은 PDP 콘택스트 설정에 의한다. PDP 콘택스트 설정 동안, GGSN은 PCF 모듈로부터 인증을 요청할 것이다. 인증 후, PCF는 결정을 정책이 강화된 GGSN으로 전송한다. 이어 GGSN은 SGSN으로 "PDP 생성" 응답을 발생시키고, SGSN은 "PDP 활성" 메시지를 이동국에 전송하여 PDP 설정을 완료한다. 초기 설정 후, QoS 정책을 변경하는 것도 가능하다. 이는 MS 또는 PCF에 의해 초기화될 수 있다.
3G UMTS에서의 QoS 제어는 IMS 구조에 의해 구동된다. UMTS는 네트워크로 많은 QoS 성능을 부가하였다. 이는 주로 IP QoS 및 QoS 정책 결정 포인트(PDP)에 의존한다. 이는 PCF(릴리스 5)에 현재 위치될 수도 있는 (릴리스 99에서) SGSN 외 부의 승인 제어 기능을 제거한다. 이러한 사실은 승인 제어와 관련하여 매우 융통성있고 강력한 구조를 제공하는데, 이는 2.5G 시스템의 OSS로 액세스될 수 없다.
UMTS QoS 성능을 제공하는 것은 진화 프로세스로 예상된다. 그러나 이러한 성능의 초기 형태는 단일 GGSN 및 정책 결정 포인트 구조로 구현될 수 있으며, 필수적으로 우수한 G0 인터페이스를 사용하는 것은 아니다. 따라서, 많은 QoS 성능이 최종 UMTS QoS 성능을 향한 진보와 함께 가까운 기간(1-2년)에 제공될 수 있는 정책으로부터 확산할 수 있는 것이 중요하다.
해결되어야 할 현재 문제는 무선 리소스 결핍 및 서비스 차별화 문제이다. 2.5G 무선 네트워크의 경우, 무선 네트워크에 명백한 QoS 제어가 없다. 비록 3G/UMTS 네트워크가 아주 우수한 QoS 성능을 제공하지만, 3G 배치는 적어도 3년 동안 대규모로 예상되지 않는다. 그러나 심지어 현재의 3GPP UMTS 릴리스 5라도 3G의 RAN에 QoS가 여전히 없기 때문에 서비스 품질의 요구를 적절하게 해결하지 못한다.
무선 리소스의 결핍에 대처하는 효율적인 방법은 리소스 콘텐츠의 디지털 압축에 의해, 또는 소프트웨어 가속(압축과는 다른 용어)을 사용하는 것이라고 통상적으로 결론지어졌다. 이는 RAN 정체 현상이 대부분의 데이터 애플리케이션에 대해 (서버로부터 MS 방향으로의) 다운링크에서 대부분 발생하는 것으로 예상되기 때문에 특히 유용하다. 압축과 관련한 다른 이유는 이동 단말기가 전체 크기로 실현되고 이들 대부분이 전체 해상도 디스플레이를 요구하지 않는다는 것이다. 이는 많은 이동 단말기에 대해 데이터 레이트 요구를 현저히 감소시키기 위한 더 많은 융통성 및 기회를 제공한다. 그러나 압축만으로는 고객에 의해 요구되는 다양한 서비스를 제공하는데 필수적인 대역폭을 절약하는데 충분하지 않을 것이다.
모바일 네트워크에서 QoS 문제와 관련하여, 많은 QoS 제어 메커니즘이 차별화된 서비스(DiffServ), RSVP를 통한 통합 서비스(IntServ), 프레임 릴레이(FR) 및 비동기 전송 모드(ATM) 같은 다중 프로토콜 라벨 스위칭(MPLS) 및 가상 회로 기술을 포함하여 과거에 제안되었다. 이러한 각각의 기술이 고유한 장점 및 결점은 갖고 있기 때문에, 모바일 운영자는 가장 보편적으로 생각되고 QoS의 더 낮은 층 네트워크 구현에 대한 고객 세션 서비스 요구와 관련하는 촛점인 기본 프로토콜로서 IP에 관심을 집중시킨다. IP에 유용한 두 QoS 메커니즘 사이에서, DiffServ는 IntServ에 대해 가장 바람직한 메커니즘으로 판명되었다. Intserv 모델은 라우터에서 모든 IP 흐름 또는 세션에 대해 상태 정보를 요구하는데, 이는 상기 모델의 구현이 비현실적이게 하는 범위성 문제를 야기한다. 반면에, Diffserv는 각각의 라우터가 단지 적은 세트의 QoS 등급을 조절할 것을 요구하며, 결국 흐름당 Intserv와 정규한 "최선의 결과" 서비스 사이에서 양호한 타협이 고려된다.
IP DiffServ는 IP 네트워크에서 서비스 품질을 제공하는 통상의 메커니즘이다. DiffServ는 작은 세트의 QoS 등급을 조절하기 위해 각각의 IP 라우터를 필요로하고, 이러한 등급에 기초하여 트래픽을 우선시킨다. DiffServ 서비스 등급은 IP 소스 및 목적 어드레스, IP 프로토콜 필드, IP 포트 번호 및 DiffServ 코드 포인트(DSCP) 또는 IP 선행(서비스의 타입, TOS) 비트를 포함하는 IP 패킷에서 몇몇 헤더 필드에 기초한다. DiffServ는 트래픽 세이핑/레이트 제한, 정책 기반 라우팅, 및 패킷 드롭핑 정책을 사용하여 QoS 제어를 제공할 수 있다. DiffServ의 결정 및 정책 강화는 라우터에 로컬한 정보에 기초하여 각각의 라우터(각각 패킷 통과를 호핑함)에서 실행된다. 2.5G 네트워크(예를 들어, GPRS)의 경우, 모바일 호스트로 지향된 패킷에 대한 최종 홉은 무선 코어 네트워크와 IP 네트워크(GPRS의 경우 GGSN) 사이의 게이트웨이이다. 그러나, 정체 현상이 IP 게이트웨이에 바로 인접하지 않은 무선 액세스 네트워크(RAN)에서 발생할 가능성이 높다. 따라서 게이트웨이는 정체 현상을 감시하지 않으며 정체 현상 문제를 해결하기 위해 DiffServ를 사용할 수 없다.
Internet DiffServ 구조는 QoS를 제어하기 위한 강력한 메커니즘을 제공한다. 그러나, 모바일 네트워크에 성공적으로 사용될 수 있기에 앞서 주의 깊게 고려할 사항을 보증하는 많은 현안이 있다. DiffServ 구조는 중요한 QoS 정책 강화기로서 라우터 또는 대역폭 브로커와 같은 로컬 장치 주위로 집중한다. 그러나 대부분의 경우, RAN에서의 정체 현상과 같은 이벤트를 트리거링하는 것은 강화 포인트와 관련이 적다. QoS 정책이 원인(정체 현상 포인트)과 해결책(PEP) 사이의 관계를 고려하여 적절하게 결정되는 것이 중요하다. QoS 정책 및 강화의 "원인 및 결과"는 입증하기 어려우며, 개별 OSS 구조는 제공자가 약정한 것을 획득하는 것을 확신시키는 것이 요구된다. IP QoS와 고객 사이의 연결 및 서비스 레벨(SLA)은 한정되지 않고, 맵핑은 특별히 복합하게 된다. 이는 운영자가 무엇이 올바른 QoS 정책이며, 단 대 단 QoS 목표가 충족되도록 다중 QoS 정책 강화 포인트 사이에서 정책이 어떻게 조정되는 지를 이해할 것을 필요로 한다.
따라서 DiffServ 및 Intserv의 결점을 극복할 QoS 정책 강화 및 트래픽 최적화 시스템을 갖는 것이 바람직하다.
더욱이, RAN 리소스의 최적 사용을 가능하게 하는 시스템 및 방법이 바람직할 것이다.
게다가, 모바일 네트워크에서 정밀화된 QoS를 위해 제공할 수 있는 방법 및 시스템을 갖는 것이 바람직하며, 그 결과 Intserv와 같이 단위 세션당 시스템에 의해 생성된 오버헤드 문제를 갖지 않고 단위 사용자 기반으로 서비스의 품질을 제공한다.
더욱이, 다양한 사용자 요구를 충족시키기 위해 정책 기반 QoS를 구현할 수 있는 방법 및 시스템을 갖는 것이 바람직하다.
또한 제어, 세이핑, 및 RAN 정체의 포인트로부터 떨어진 네트워크의 포인트에서 트래픽의 최적화를 가능하게 하는 방법 및 시스템을 갖는 것이 바람직하다.
끝으로, 상이한 액세스 네트워크의 넓은 영역을 지원할 수 있는 방법 및 시스템을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 RAN에서 이용 가능한 대역폭의 사용을 최대화하기 위해 무선 네트워크에서 트래픽 흐름의 자동 최적화를 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 방법 및 시스템은 RAN 정체 및 이동 네트워크와 인터넷 사이의 인터페이스상의 포인트에서 이동국에 대해 지정된 리소스 최적화에 기초한 서비스 차별화 문제에 대한 해결책을 제공함으로써 이러한 현안을 해결한다. RAN에서 각각의 셀의 트래픽 프로파일 및 정체 상태가 연속적으로 모니터링된다. 이는 Gb 인터페이스(Gb 프로브) 및 딥 패킷 프로세싱에서의 프로브와 네트워크에서 하나 이상의 포인트에서의 상관 관계를 통해 달성된다. 셀 트래픽 정보는 트래픽 분석 및 프로세싱 엔진으로 제공되며, 자동 IP PDP는 실시간 트래픽 정보를 n-차원 트래픽 모델로 맵핑한다. 자동화된 정책 결정 가이드 알고리즘은 n-차원 트래픽 모델상에서 자동 IP PDP에서 실행되고, 정책은 트래픽 및 셀 정체 조건에 기초하여 사람의 개입 없이 선택된다.
정책 결정 결과는 트래픽 문제(RAN)가 어디서 발생했는 지에 따라 상이한 네트워크(Gi)에서 포인트에 있는 자동 IP 트래픽 최적화기에 의해 영향을 받는다. 이는 범위성, QoS 제어 메커니즘의 범위성, 및 하위 호환성(backward compatibility)을 포함하는 이유에 대해 중요하다.
본 발명은 셀 단위를 기반으로 QoS 최적화를 실행한다. 이러한 개념은 QoS를 단위 등급을 기반으로 제공하는 IP DiffServ, 또는 단위 흐름 또는 세션 기반으로 한정된 통합 서비스(IntServ)와는 대조적이다. 알고리즘은 셀에서 트래픽에 기초하여 각각의 셀에 대해 예정된 모든 IP 흐름의 최적화를 허용한다. 따라서 DiffServ 또는 IntServ 메커니즘에서 이용할 수 없는 최적화의 보장을 허용한다.
정책의 설계 및 동작은 전문적 분석의 전문적인 분석 없이 정책의 일치(consistency)를 체크하는 자동화된 정책 체킹 알고리즘을 도입함으로써 현저히 간단해 진다. 이러한 자동화된 체킹은 또한 정책 특성 개입의 난제를 방지할 수 있다.
도1은 통상의 GPRS/UMTS 네트워크 구조를 도시한 도면이다.
도2는 GPRS/UMTS 구조에서 배치된 바와 같이 본 발명의 시스템의 구성 요소를 나타낸 도면이다.
도3은 분할된 네트워크 상태 공간의 예의 그래프이다.
도4는 상태 전이 다이어그램에서 나타난 바와 같이 도3의 예의 네트워크 상태 및 전이를 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 자동 IP PDP에 사용하기 위한 정밀한 상태 머신을 발생시키는 프로세싱을 나타낸 흐름도이다.
도6은 분할된 네트워크 상태 공간의 추가 예의 그래프이다.
도7은 상태 전이 다이어그램에서 나타난 바와 같이 도6의 예의 네트워크 상태 및 전이를 나타낸 도면이다.
도8은 본 발명의 자동 IP PDP의 일치 체킹 알고리즘의 개략도이다.
도8a 및 8b는 본 발명의 자동 IP PDP의 일치 체킹 알고리즘의 개략도이다.
도9는 자동 IP 트래픽 최적화기를 나타낸 도면이다.
도10은 지능 서비스 제어 포인트(ISCP)를 사용하는 본 발명을 나타낸 도면이다.
도1은 통상의 GPRS/UMTS 모바일 네트워크를 도시한다. 이동국(110)은 기지 국 송수신기(BTS)(120)로 신호를 전송 및 수신함으로서 네트워크와 통신한다. 각각의 BTS(120)는 하나 이상의 BTS 장치를 제어하는 기지국 제어기(BSC)(125)와 통신한다. 다수의 BTS 장치 및 BSC 장치는 종종 전체로서 기지국 시스템(BBS)(130)으로 언급된다. 추가적으로, 무선 액세스 네트워크(RAN)(135)는 BBS와 무선을 통해 MS 장치(110)로, 그리고 MS 장치로부터 전송된 신호를 포함한다.
BBS 가상 회로(BBSVC)(131)를 통해, BSC(125)는 이동국(110)에 대한 이동성 및 데이터 세션 관리를 실행하는 패킷 교환 지원 노드(SGSN)(140)와 통신한다. SGSN(140)은 패킷 게이트웨이 지원 노드(GGSN)(150)와 GPRS 코어 네트워크(145)를 통해 통신한다. GGSN(150)은 GPRS 코어 네트워크(145)와 인터넷(155)과 같은 외부 패킷 데이터 네트워크 사이의 게이트웨이로서 작용한다. GGSN(150)은 인터넷(155)을 통해 다수의 서버(160)와 통신한다. 서버(160)는 웹페이지 또는 이동국(110)의 사용자에 의해 요구된 다른 정보를 저장한다.
네트워크에서 정체의 대부분은 셀룰러 시스템에서 이용가능한 제한된 대역폭으로 인해 RAN(135)과 이동국(110) 사이의 인터페이스에서 발생한다. 다운링크 방향에서, BBS(130)는 각각의 BBS 가상 회로(BBSVC)(131)에 대한 버퍼를 유지한다. 버퍼가 가득 찬 경우, 패킷은 드롭될 것이다. BBS(130)에서 구현된 우선권 대기는 없다. 업링크 방향의 경우, 업링크 방향에서 많은 트래픽을 갖는 것이 예상되지 않기 때문에 버퍼는 없다. 패킷이 드롭되면, 메시지는 흐름 제어를 위해 BBS(130)으로부터 SGSN(140)으로 제공될 것이며, 그 결과 SGSN은 패킷을 BBS로 전송하는 것을 늦출 수도 있다. 결론적으로, 어떠한 우선권 또는 QoS 차별화도 RAN에서의 정 체 현상을 다루기 위해 BSS 또는 SGSN에서 구현되지 않는다. 게다가, RAN 정체 현상은 GGSN(150)에 의해 예상하지 않을 것이다. 따라서 RAN 정체 문제는 (DiffServ에서와 같이) GGSN에 로컬한 정보에 기초하여 GGSN에서 QoS 정책을 적용함으로써 해결되지는 않을 것이다.
심지어 RAN(135)과 이동국(110) 사이의 인터페이스에서의 정체가 GGSN으로부터 너무 원격이어서 GGSN이 "필링(feel)"하지 못하더라도, GGSN(150)이 인터넷 IP 라우팅 구조 시점에서의 이동국으로부터 제1 IP 홉이기 때문에, GGSN(150)은 QoS 제어를 제공할 최적의 장소이다. SGSN(140), BSC(125), BTS(120)과 같은 다른 노드, 또는 GPRS 코어 네트워크(145)에서의 다른 노드들은 IP 전달층 아래의 층에서 모두 작용하고 있다. 이는 GTP를 전달하는 IP 전달층을 포함한다. 이러한 하부층은 사용자 식별을 어렵게 하기 때문에 QoS 제어를 제공하기 위해 이상적이지 않다. 반면에, IP에 대한 제1 홉인 GGSN(150)은 에지 IP 홉 장치로서 기능하고, 따라서 QoS 정책 강화를 위한 최적의 장소이다. 모든 IP 네트워크에서, 또는 소위 IP RAN에서, 동일한 원칙이 적용되는데, 제1 홉은 QoS 제어를 적용할 장소라는 것을 알아야 한다.
GGSN(150)이 QoS 정책을 강화하기 위한 논리적 장소이므로, GGSN에서 QoS 정책 강화를 생성하기 위해 해결해야할 3가지 기본적인 현안이 있다. GGSN(150)은 RAN(135)에서의 정체를 인식하게 해야 한다. 서비스를 요청하는 이동국(110)의 사용자는 서비스 및 GGSN(150)을 지원하는 데이터의 IP 흐름과 관련이 있어야 한다. 최종적으로, 이동국(110)의 사용자는 추적되어야 하고 무선 네트워크에서 발견된 정체 또는 다른 문제와 서로 관련되어야 한다.
GGSN(150)이 RAN에서의 지연을 인식하게 하는 문제SMS GGSN(150)과 BTS(120)인 셀 타워 사이의 컴포넌트에서 총 버퍼 크기에 의해 발생된다. 단일 TCP 세션에서 딥 버퍼 TCP 문제는 현저한 지연을 초래할 수 있다. BTS(120), BSC(125) 및 SGSN(140)은 전체 버퍼의 50Kbyte와 200Kbyte 사이에 포함된다. 통상적으로, TCP 정체 제어 메커니즘은 TCP 세션당 64kbyte까지 버퍼 성장을 허용할 수 있다. 50kbps 셀의 경우, 64kbyte는 버퍼 지연의 10초 이상으로 전환된다. 다중 TCP 세션으로 인해, 딥 버퍼 문제는 현저한 지연을 초래할 수 있으며, 모든 새로운 패킷은 현존 세션에 의해 지연된다. 따라서 TCP 트래픽과 리소스를 공유하는 음성 트래픽과 같은 시간 임계 트래픽은 수십 초까지의 지연을 겪을 수 있다. 웹 다운로드와 같은 상호작용하는 세션은 또한 부가된 지연을 겪는다.
도2를 참조하면 본 발명에 따른 모바일 네트워크에서 IP 트래픽의 자동 최적화를 위한 시스템의 실시예는 자동 IP 트래픽 최적화기(210)를 포함한다. 자동 IP 트래픽 최적화기(210)는 GGSN(150)의 바로 업스트립인 Gi 인터페이스에 위치할 수 있거나, 그 기능이 GGSN(150) 그 자체에 구축될 수 있다. 자동 IP 트래픽 최적화기(210)는 각각의 RAN 셀(또는 이용가능한 정보의 해상도에 의존하는 셀 섹터)로 진행하는 트래픽을 제어하기 위한 결정을 하기 위해 Gb 프로브(230)와 같은 다양한 다른 소스 및 RAN(135)로부터 정보를 수집하는 개별 장치에 의해 구성/제어된다. 본 발명에서 이러한 장치는 정책 전문 용어에 기초하여 자동 IP 정책 결정 포인트( 자동 IP PDP)로 불린다. 자동 IP 트래픽 최적화기(210)는 정책 강화 포인트(PER)의 일 타입이다. 자동 IP 트래픽 최적화기(210) 및 자동 IP PDP(220)의 기능이 단일 장치로 통할될 수 있는 것이 또한 가능하다.
자동 IP PDP(220) 및 자동 IP 트래픽 최적화기(210)는 설명된 기능을 구현하는 소프트웨어 루틴에서 대부분 실행되기 쉽지만, 소정 부분은 하드웨어 또는 속도 성능을 향상시키기 위해 필요한 경우 특정 목적 하드웨어와 소프트웨어의 조합에서 구현될 수 있다. 자동 IP PDP(220) 및 자동 IP 트래픽 최적화기(21)를 구현하는 소프트웨어는 다양한 범용 컴퓨터상에서 실행될 수 있고, IBM AIX 플랫폼, 다른 소유자가 특허를 가진 UNIX 기반 운영 시스템, 개장형 소스 Linux 운영 시스템 및 Microsoft Window 운영 시스템을 포함하는 다양한 운영 시스템에서 운영을 위해 포팅(port)될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 자동 IP PDP(220) 및 자동 IP 트래픽 최적화기(210)를 포함하는 소프트웨어 모듈을 실행하는데 사용되는 범용 컴퓨터의 타입은 본 발명의 실시에 결정적인 것은 아니다.
자동 IP PDP(220)는 RAN 네트워크 관리 시스템(NMS)(240)으로부터의 입력을 사용한다. RAN NMS(240)는 하나 이상의 BBS(130)에서 다양한 성분의 구성, 제어 및 모니터링을 가능하게 한다. RAN NMS(240)는 이동국(110)에 대한 RAN 인터페이스에서 네트워크 트래픽과 관련한 정보를 제공한다.
고객 데이터베이스(250)는 또한 다양한 고객 또는 고객 그룹의 서비스 레벨 승인을 포함하여 고객 가입 정보의 형태로 자동 IP PDP(220)로의 입력을 제공한다. 이러한 정보는 자동 IP PDP(220)가 가입자 정보에 기초하여 QoS 정책을 발전시키게 한다.
IP 프로브(260)는 단위 IP 세션 기반으로 IP 트래픽의 양을 모니터링하고, IP 트래픽 혼합 및 혼합(즉, 음성, 데이터, 웹-액세스, 이메일 등)에서의 트래픽 타입과 관련하여 자동 IP PDP(220)으로 입력을 제공하는데 사용된다. IP 프로브는 또한 소정의 정책 강화 메커니즘(예를 들어, TCP 윈도우 클램핑)에 사용하기 위한 네트워크에서의 라운드 팁 지연은 측정하는데 사용될 수 있다.
Gb 프로브(230)는 Gb 인터페이스(125)로 탭핑(tap)한다. 일반적인 프로브는 통상적으로 성능 분석을 위한 다양한 정보를 수집한다. 본 발명의 목적을 위해, 표1의 정보를 수집할 수 있는 Gb 프로브가 요구된다. 최소한으로, 프로브는 가입자-IMSI(국제 이동국 식별자)에 의해 대부분 식별됨-현재 세션을 위한 할당된 IP 어드레스와, 가입자가 현재 위치하는 셀의 식별 사이에서 맵핑을 제공한다. Gb 프로브(230)은 또한 각각의 셀에서 IP 트래픽 최대치(타입 및 양)와 관련한 정보를 수집하기 위한 위치에 있다. Gb 프로브(230)는 셀과 관련한 이러한 정보를 저장 및 업데이트할 수 있다. 이용 가능한 Gb 프로브의 예는 Steleus ProTraffic Gb 프로브이다.
표1
셀 정체 상태 심각, 높음, 중간, 약함, 없음
셀 식별 MS가 상주하는 현재 셀 ID
정체된 셀에 의해 영향받는 모든 사용자의 경우, 이하의 정보가 필요함
IMSI 국제 이동국 식별자
MSISDN 이동국 ISDN 번호
SGSN 번호 SGSN의 IP 어드레스
GGSN 어드레스 사용중인 SSGN의 IP 어드레스
PDP 콘택스트 식별자 현재 PDP 콘택스트를 식별
PDP 상태 활성 또는 비활성
PDP 타입 IP, PPP, 또는 X.25
IP 어드레스 이동국의 IP 어드레스
사용중인 APN 외부 데이터 네트워크에 대한 액세스 포인트 이름
요청된 QoS 프로파일 현재 PDP에 대해 요청된 QoS
절충된 QoS 프로파일 네트워크에 의해 허가된 QoS
자동 IP PDP(220)는 GPRS 네트워크에서 셀의 대역폭과 같은 제한된 리소스를 공유하는 다수의 애플리케이션의 성능을 최적화하기 위해 정책들을 선택한다. 이는 트래픽 프로파일로 설명된 n-차원 공간을 생성함으로써, 그리고 대역폭을 공유하는 상이한 트래픽 타입을 식별함으로써 달성된다. 이러한 다수의 n-차원 트래픽 프로파일(템플릿으로 불림)은 다양한 비지니스 요구를 만족시키기 위해 표준을 변화시킴에 따라 생성 및 사용된다. 각각의 n-차원 트래픽 공간은 n 축으로 구성된다. 축의 수는 트래픽 타입에 의해 결정된다. 상이한 템플릿이 축에 대해 상이한 트래픽 타입을 사용할 수도 있으며, 상이한 수의 축을 사용할 수도 있다.
특정 템플릿의 경우, 각각의 축은 트래픽 타입 및 트래픽 기술자(즉, 대역폭 또는 세션의 수)를 나타낸다. 이하는 프리미엄 트래픽의 대역폭; 최선 노력 트래픽의 대역폭; 프리미엄 등급의 세션의 수; 최선 노력 등급의 세센의 수를 포함하는 트래픽 템플릿의 축의 예이다. 전술한 예는 4-차원 공간을 설명하며, 예를 들어 50kbps의 대역폭 피크를 갖는 프리미엄 QoS에 대한 SLA인 프리미엄 트래픽 프로파일에 대한 QoS, 및 10개의 동시 셀과 동일한 VoIP의 최대 수를 보장하기 위한 서비 스 레벨 승인("SLA")을 위해 제공하는데 사용될 수 있다.
트래픽 제어의 경우, n-차원 공간은 다수의 영역(또는 공간)으로 분할된다. 영역은 네트워크 트래픽 상태 및 다른 비지니스 요구에 따라 한정된다. 소정 시간에, 네트워크에서의 현재 상태는 n-차원 트래픽 공간에서의 상태로 표현될 수 있다. "수용가능 상태"로 불리는 소정의 상태는 트래픽 제약이 충족된 네트워크의 상태를 나타낸다. "수용 불가능 상태"로 불리는 다른 상태는 제약이 충족되지 않은 네트워크 상태를 나타낸다. "준최적 상태"로 불리는 소정의 경우, 트래픽 제약이 충족되지만, 리소스는 효율적으로 이용되지 않는다.
각각의 상태에 대해, 수용가능하지 않거나 준최적의 상태로부터 수용가능하거나 더욱 수용가능한 상태로 네트워크의 변화를 조장하기 위해 활성화될 수 있는 정책의 세트가 식별된다. 통상적으로, 상태들 사이의 변화는 네트워크에 진입하는 트래픽이 증가 또는 감소함에 따라 자연스럽게 발행하지만, 정책은 상태들 사이의 변화를 조장할 수 있다. 일부의 경우, 승인 제어 정책과 같이, 다른 상태에서 활성화된 정책으로 인해 도달할 수 없는 상태가 있을 수도 있다. 분할된 네트워크 상태 공간의 예는 도3에 도시적으로 설명된다. 네트워크 상태 및 전이는 도4의 전이 다이어그램로 설명된다. 소정의 상태에 도달할 수 없는 경우, 이러한 상태는 상태 전이 다이어그램으로부터 생략된다.
네트워크의 조건 및 자동 IP PDP(220)의 특성은 유한 상태 머신(FSM)로 모델링된다. 자동 IP PDP(220)는 FSM의 상태를 유지하고 그 동작을 FSM에 근거한다. 자동 IP PDP(220)는 프로브로부터 그리고 선택적으로 RAN NMS(240)로부터의 정보를 사용하는 네트워크의 현재 조건을 모니터링한다. Gb 프로브(230)는 정보를 맵핑할 것을 결정하고, Gb 프로브 또는 IP 프로브(260)는 각각의 셀에서 트래픽 혼합(타입 및 양)을 결정할 것이다. RAN NMS(240)는 셀의 정체 상태와 관련하여 정보를 제공할 수 있다. 자동 IP PDP(220)는 전술한 n-차원 공간에서의 영역 중 하나에 대해 네트워크의 현재 조건을 맵핑하며, FSM의 대응하는 상태를 식별한다. FSM이 새로운 상태로 진입할 때마다, 자동 IP PDP(220)는 사람의 개입을 필요로 하지 않고 상태와 관련된 소정의 동작을 실행한다. 동작은 정책이 상이한 상태(수용 불가능 상태로부터 수용가능 상태로, 또는 준최적의 수용가능 상태로부터 준최적의 수용가능한 상태로)로의 전환을 조장(예를 들어, 승인 제어 정책) 또는 초래(예를 들어, 승인 세이핑 정책)하게 한다. 소정의 경우, 동작은 더 이상 필요하지 않은 정책을 사용불가능하게 할 수도 있다.
자동 IP PDP(220)에서 자동화된 정책 결정 가이드 알고리즘의 일부로서 자동화된 사용을 위한 FSM은 도5에 도시된 이하의 프로세스를 사용하여 생성된다. 단계(510)에서, 관리될 리소스의 총량(예를 들어, GPRS 셀의 전체 대역폭/용량) 및 리소스를 공유해야 하는 트래픽 등급이 식별된다. 다음으로 단계(520)에서, 트래픽 타입의 세트는 n-차원 공간으로 전환되며, 축은 각각의 타입의 트래픽의 양(트래픽의 사용)을 나타낸다. 단계(530)에서, n-차원 공간은 트래픽 제한이 충족되거나 충족되지 않는 네트워크의 조건을 나타내는 영역으로 분할된다. 분할은 SLA 임계값 도는 잠재적인 트래픽 제한(예를 들어, 특정 실시간 애플리케이션은 적절히 동작하기 위해 특정 대역폭을 필요로하거나, 타입의 특정 밸런스가 유지된 경우, 트래픽 타입의 혼합만이 잘 실행됨)에 기초할 수도 있다. 각각의 영역은 고유명(예를 들어, A, B, C, 1, 2, 3 등)이 지정된다.
트래픽 제한을 충족시키지 않는(또는 트래픽 제한을 준최적으로 충족시키는) 각각의 상태에 대해, 동작의 세트는 네트워크를 트래픽 제한을 충족시키는 상태로 이동시킬(또는 전환을 조장하는) 단계(540)에서 식별된다. 이어, 상태 전이 다이어그램이 단계(550)에서 생성되는데, 노드는 각각의 영역/상태를 나타내며, 노드들 사이의 에지는 인접한 영역을 나타낸다. 끝으로, 단계(560)에서, 각각의 에지는 전이를 일으키는 트래픽의 타입으로 라벨링된다. 네트워크를 수용 불가능 상태로부터 수용가능(또는 더욱 최적의) 상태(단계(540)에서 식별됨)로 이동시키는 에지의 경우, 또한 전환을 초래하거나 조장하는 동작의 이름으로 라벨링된다.
이러한 프로세스의 예를 후술된다. 이러한 예에서 ,높은 우선권 트래픽 등급 및 낮은 우선권 트래픽 등급이 식별된다. 높은 우선권 트래픽은 적은 지연 및 지터를 갖도록 보호되어야 한다. 적은 양의 높은 우선권 트래픽이 있는 경우, 많은 양의 낮은 우선권 트래픽이 관대히 처리될 수 있다. 그러나, 높은 우선권 트래픽이 임계값을 넘는 경우, 낮은 우선권 트래픽은 높은 우선권 트래픽과 간섭할 수 없도록 심하게 제한될 것이다. 또한, 항상 높은 우선권의 양은 전체 셀 용량보다 적어야 한다. 이러한 제한에 따른 네트워크 상태 공간은 도3에 도시된다. 4개의 상태가 리셋 상태R(310)을 포함하여 확인된다. 리셋 상태R(310)의 경우, 어떠한 정책도 허용될 필요가 없으며, 사전에 허용된 정책은 허용 불가능하게 되거나 디폴 트 정책으로 대체될 수 있을 정도의 적은 트래픽이 있다. 상태1(320)의 경우, 트래픽 제한이 충족되고, 그 결과 어떠한 정책이 허용되어도 허용가능하게 유지된다. 상태2(230) 및 상태3(340)의 경우, 너무나 많은 낮은 우선권 트래픽이 있으며, 낮은 우선권 트래픽은 높은 트래픽과의 간섭을 방지하기 위해 적절한 레벨로 제한되어야 하며, 상태4(350)의 경우, 모든 종류의 너무 많은 트래픽의 있다.
우선권 트래픽에 대한 전체 제한은 (예를 들어, 세션 초기 프로토콜, SIP에 기초한) 승인 제어를 사용하여 강화될 수 있는데; 이는 네트워크가 단계4(350)로 진입하는 것을 방지한다. 낮은 우선권 트래픽상의 제한은 상태2(330)(정책 D1) 및 상태3(340)(정책 D2) 밖으로 네트워크를 이동시키기 위해 IP 트래픽 세이핑을 사용하여 강화되어야 한다. 이러한 예에 대해 대응하는 유한 상태 머신은 도4에 도시된다. 표2는 이러한 높은 우선권/낮은 우선권 트래픽 혼합에 대해 자동 IP PDP(220)에서 구현된 정책을 설명한다.
표2
정책 상태 자동 IP 동작
공통 모든 상태 높은 우선권 트래픽을 제한하는 SIP 기반 승인 제어. 상태4가 도달되는 것을 방지
리셋 R(낮은 트래픽) 앞선 정책을 제거
D1 2(낮고 높은 우선권 트래픽, 너무 많은 낮은 우선권 트래픽) IP 트래픽 세이핑을 사용하여 낮은 우선권 트래픽을 더 높은 단계로 제한
D2 3(적절한 높은 우선권 트래픽, 너무 많은 낮은 우선권 트래픽) IP 트래픽 세이핑을 사용하여 낮은 우선권 트래픽을 더 낮은 단계로 제한
변화 없음 1(수용가능 양의 높고 낮은 우선권 트래픽) 정책에 변화 없음
네트워크 상태 공간의 다이어그램을 제공하는 도6에 설명된 제2 실시예에서, 두 개의 트래픽 등급, 즉 (최소의 대역폭을 필요로 하는) 낮은 우선권 트래픽 및 음성 트래픽이 있다. 이 경우, 네트워크 상태 공간은 대역폭보다는 세션의 수에 기초한다. 상태A(610)는 트래픽이 없는 디폴트 상태이며, 낮은 우선권 트래픽은 셀의 총 용량을 사용하기 위해 허용된다. 상태B(620) 및 상태C(630)에서와 같이 낮은 우선권 트래픽이 없는 경우, 대역폭은 3의 음성 세션까지에 대해 할당된다. 그러나, 상태E(650) 및 상태F(660)의 경우와 같이 낮은 우선권 트래픽이 있는 경우, 낮은 우선권 트래픽에 대해 사용가능한 대역폭이 존재하도록, 대역폭은 단지 2의 음성 세션에 대해 보존된다. (SIP에 기초한) 승인 제어는 허가된 2 또는 3 이상의 더 많은 음성 세션이 네트워크로 진입하는 것을 방지하는데 사용된다. 결론적으로, 상태D(640) 및 상태H(680)는 SIP 승인 제어 정책으로 인해 도달될 수 없다. 3의 음성 세션이 이미 네트워크를 사용하는 경우, 낮은 우선권 트래픽이 시작하면, 현재의 세션인 상태G(670)은 점유되지 않을 것이다. 이러한 경우 SIP 정책은 2의 음성 세션만이 진입하고 현재의 3의 세션은 이들 중 하나 이상이 종료할 때까지 지속할 수 있도록 변화된다. 이 시점에서, 음성에 대한 리소스 할당은 3의 세션에서 2의 세션으로 감소된다. 도6은 이러한 예에 대한 네트워크 상태 공간을 설명하며, 도7은 이러한 예에 대한 유한 상태 머신을 도시한다. 다양한 상태에서 취해질 동작은 이하의 표3에서 설명된다.
표3
상태 설명 동작
A 디폴트 상태-트래픽 없음 SIP 3-음성 정책, 음성 세이핑 정책 없음
B 낮은 우선권 트래픽이 없는 1 또는 2의 음성 스트림 SIP -3음성 정책, 3-음성 세이핑 정책
C 낮은 우선권 트래픽이 없는 3의 음성 스트림 SIP 3-음성 정책, 3-음성 세이핑 정책
D 낮은 우선권 트래픽이 없는 3이상의 음성 트래픽 SIP 승인 제어로 인해 도달될 수 없음
E 음성 스트림이 없는 낮은 우선권 트래픽 SIP 2-음성 정책, 음성 세이핑 정책 없음
F 낮은 음성 트래픽을 갖는 1 또는 2의 음성 트래픽 SIP 2-음성 정책, 2-음성 세이핑 정책
G 낮은 우선권 트래픽을 갖는 3의 음성 트래픽 SIP 2-음성 정책, 3-음성 세이핑 정책
H 낮은 우선권 트래픽을 갖는 3이상의 음성 트래픽 SIP 승인 제어로 인해 도달할 수 없음
자동 IP PDP(220)은 또한 후술한 바와 같이 자동 정책 일치-체킹 알고리즘을 실행한다. 우선 자동 IP PDP(220)에 전개된 정책을 설명하기 위한 표기가 설명될 것이다. 정책, Pi는 다음과 같이 표현된다;
Pi: 만일 C-i=[C1 and C2 and ...]가 참이면, 동작 A-i={A1, A2,...} (1)를 적용, 여기서 지수 i는 i번째 정책을 의미한다. C-i는 정책 조건 또는 간단히 조건으로 언급된다. C-i는 다수의 부조건 C1, C2...Cn으로 구성된다. 각각의 부조건은 다음과 같이 표현된다:
Cx:{조건 cx를 만족시키는 구성요소{e}의 세트} (2)
Cx는 참 또는 거짓으로 평가될 수 있다. 이하는 구성요소{e} 및 부조건 ci의 예이다:
e-PDP 세션
C1: 1-1000의 범위 내의 셀 ID
C2: APN=Company.gprs.com
C3: 가입된 QoS=레벨5
C4: 오전 9-10 사이의 주중
C5: 정체된 무선 셀
조건 C={C1 and C2 and...C5}가 참이라고 가정하자. 이는 조건, C가 주중의 오전 9-10시 동안, 1-1000 범위 내에 있는 셀 ID를 가지며, APN=Company.gprs.com을 가지며, 가입된 QoS=레벨5를 가진 정체된 셀에 있는 PDP 세션의 세트를 설명한다.
정책 문장의 제2 부분은 동작 A={A1, A2,...}의 세트를 포함하는데, 이는 IP 세션과 같은 구성 요소의 세트에 적용하는 "연산"의 세트를 설명한다. 동작 연산의 예는:
A1: 레이트 제한
A2: TCP 윈도우 클램핑
A3: 콘텐츠 압축
A4: 승인 제어
A5: 블록킹
연산 Ai가 적용되는 동작 문장(예를 들어, IP 세션의 세트)의 구성 요소의 세트는 "동작된 그룹(Ag)"로 불린다. (IPv4에 대한) "Ag"의 예는 이하와 같다:
Ag:{방향=다운링크, IP 소스 어드레스=128.96.100.10, IP 목적지 어드레스=임의, 소스 포트 번호=임의, 목적지 포트 번호=임의, 인터넷 프로토콜=6(TCP), TOS=01010000}
동작의 예는:
동작: 가입된 QoS= 각각 5 to 5Kb/s를 갖는 PDP 콘택스트에 대응하는 정체 셀 x 내의 IP 세션의 대역폭을 제한하라.
이러한 동작을 실행하기 위해, 정체 셀 x 및 가입된 QoS=5를 갖는 IP 세션의 동작 그룹이 우선 식별된다. 이어, 레이트 제어 동작은 이러한 Ag에 제동된다.
전체 정책을 동시에 고려하면, 자동 IP-PDP(220)는 조건에 기초하여 적용할 동작을 결정한다:
만일 C-i=[C1 and C2...]가 참이면, A1을 Ag-1에, A2를 Ag-2에... (3)적용시킨다.
자동 IP PDP(220)은 이하의 예에서 설명된 바와 같이 일치하는 정책의 현재 세트와 관련하여 비교된 정책의 일치를 자동으로 체크한다. 두 정책(P1 및 P2)이 주어진 경우, P1 또는 P2가 일치 또는 불일치하는지를 결정하여야 한다. 표4는 자신과 관련된 조건 및 동작을 갖는 두 정책을 보여준다. 관련된 동작은 두 그룹으로 제공되는데, 모든 IP 세션에 관련한 Ag-1은 정체된 셀에 대응하고, A-2는 모든 VoIP 세션에 관련된다.
표4
Figure 112006010370281-pct00001
자동 IP PDP(220)는 다음과 같이 자동 정책 일치 체킹 알고리즘을 실행한다. (일치하는 것으로 가정된) 현재 정책의 세트로 시작한다. 새로운 정책 P2는 현재 정책에 대해 체크될 것이다. 현재 정책의 세트로부터 정책 P1을 선택한다. 현재의 정책 P1을 체킹: 새로운 정책 P2에 대해 C1→A-1: C-2→A-2는 새로운 정책 P2를 비교할 현재의 정책 P1을 선택하는 도8a의 단계(810)에서 시작한다. 제1 체킹 단계인 단계(820)에서, A-2의 자체 일치가 한 번 체킹된다. 이는 A-2의 동작된 그룹(공통 구성 요소를 갖는 동작된 그룹)을 중첩하는 세트를 우선 식별함으로써 선택된다. 소위 A-01 및 A-02인 A-2에 대한 동작 그룹을 중첩하는 세트의 예는 표5에 도시된다. 표는 동작이 식별된 동작 그룹 각각에 적용되었는 지에 대해 Y(예) 또는 N(아니오)와 함께 A-2를 형성하는 모든 동작의 리스트이다.
표5
Ag-01 Ag-02
A1 Y Y
A2 N N
A3 Y N
자체 일치될 A-2에 대해, 표5의 모든 행은 일치한다, 즉 표의 소정의 행은 둘 다 Yes 또는 모두 No이다. Yes 또는 No를 갖는 소정의 행은 A-2가 자체 일치되지 않는 것을 의미한다. 따라서, 표5에 도시된 바와 같이, A-2는 자체 일치되지 않는다. 정책의 동작을 위해 모든 중첩된 동작된 그룹이 일치하는 것으로 나타난 경우, 동작은 자체 일치되고 프로세스는 단계(830)로 계속된다는 것이 결론되었다. 만일 자체 일치에 결핍이 있는 경우, 프로세스는 단계(822)로 분기되며, 동작을 취하기 위해 자동 IP PDP(220)의 사용자에게 경보가 발생된다.
다음 단계인 단계(830)는 조건 C-1 및 C-2가 중첩하는 지를 체크한다. C-1 및 C-2 모두에 속하는 구성 요소가 있다면 C-1 및 C-2는 중첩하는 것이다. 즉, {C11 and C12...를 만족시키는 구송 요소}∩{C21 and C22...를 만족시키는 구성 요소}≠공집합
체킹 절차를 간단히 하기 위해, AND 행을 얻도록 표6의 모든 열의 논리 AND를 우선 실행할 수 있다. AND 행의 모든 엔트리가 1(참)이면, C-1 및 C-2는 중첩이다. 만일 AND 행의 모든 엔트리가 0(거짓)이면, C-1 및 C-2는 비중첩이며, 정책 P1 및 P2는 일치하는 것으로 결정되고 프로세스는 계속하여 단계(850)로 진행한다.
표6
Figure 112006010370281-pct00002
만일 C-1 및 C-2가 중첩하면, 표6의 예에 도시된 바와 같이, 알고리즘은 단계(840)로 진행하는데, 여기서 P1의 A-1 및 P2의 A-2는 일치에 대해 체킹된다. 단계(840)의 부 단계는 도8b에 설명된다. 단계(844)에서, A1 및 A2의 일치는 단계(846)에서 P1 및 P2의 중첩 동작된 그룹 Ag-i를 식별하고, P1 및 P2의 Ag-i의 Ai가 단계(848)에서 일치하는 지를 체킹함으로써 일치성이 체킹된다. 만일 테스트가 통과되면, P2는 P1과 일치하며 프로세스는 단계(850)로 진행한다. 만일 단계(848)의 결정 박스에서의 응답이 "no"이면, 정책 P1 및 P2는 일치하지 않으며, 프로세스는 경보가 발생하는 단계(842)로 분기한다.
끝으로, 단계(850)에서, 만일 모든 정책이 체크되었는 지를 결정한다. 만일 그렇지 않다면, 다른 현존 정책(P1)이 단계(860)에서 현존 정책의 세트로부터 선택되며, 동일한 체크 절차가 단계(820)로부터 반복된다. 모든 현존 정책이 P2에 대해 체크되고, 경보 조건이 발생하면, P2는 단계(852)에서의 모든 현존 정책과 일치 하며 프로세스는 단계(854)에서 종료한다.
자동 IP PDP(220)는 결정을 하기 위해 다양한 정보를 필요로 한다. 네트워크 구성 정보, 예를 들어, 각각의 셀 타입(GPRS, EDGE 등)은 각각의 셀에서 이용가능한 전체 소스에 대한 상한을 제공한다. 셀들 사이의 맵핑, IP 어드레스, 및 모바일 가입자 식별은 셀 트래픽 및 정체 상태, Gi 인터페이스에서 제어를 위한 가입자 트래픽의 식별, 및 각각의 셀에서 가입자에 대한 서비스 등급 승인의 식별을 허용한다. 모바일 가입자 식별에 의해 식별된 사용자에 따른 서비스 레벨 승인(SLA)은 각각의 사용자의 서비스 레벨 예상 및 서비스 제공자의 실행에 대한 정보를 제공한다. 각각의 셀의 정체 상태에 대한 정보는 자동 IP PDP(220)가 소정의 작동이 트래픽 제한을 충족시킬 필요가 있는 지를 결정하게 한다. 각각의 셀에서 각 트래픽 타입의 양과 관련한 정보는 셀의 트래픽 상태를 결정하는데 필요하다.
도2에서 필요한 정보에 대한 많은 잠재 소스가 도시된다. 각각의 셀의 기술 및 용량과 같은 네트워크 정보가 자동 IP PDP(220)에서 직접 구성되거나, 외부 데이터베이스(도2에 도시되지 않음)로부터 유래될 수 있다. 셀들 사이의 맵핑, IP 어드레스, 및 모바일 가입자 식별은, 맵핑 정보가 (GPRS에서) 패킷 데이터 프로토콜 콘택스트 동작 동안 그리고 사용자가 셀들 사이에서 이동할 때 인터페이스에 걸쳐 전달되므로, Gb 인터페이스(125)에서 얻어질 수 있다. Gb 인터페이스(125)에서 Gb 프로브(230)는 맵핑 정보를 추출할 수 있다. 맵핑 정보는 또한 SGSN(140)에서 이용가능하지만, 실시간으로 용이하게 이용할 수 없다. 사용자 SLA는 룩업 키로서 모바일 가입자 식별을 사용하여 고객 데이터베이스(250)로부터 얻어질 수 있다. 소정의 가입자 정보(예를 들어, "가입된 QoS")는 홈 위치 레지스터(HLR)로부터 이용가능할 수도 있으며; SGSN(140)과 HLR 사이의 상호 작용은 이러한 가입자 정보를 수집하기 위해 Gr 인터페이스(미도시) 상의 프로브에 의해 모니터링될 수 있다. HLR은 고객 데이터베이스(250) 외에 가입자 정보에 대한 택일적 또는 보조 소스로서 사용될 수 있다.
셀의 정체 상태는 RAN 구성 요소 관리 시스템(EMS)으로도 불리는 RAN 네트워크 관리 시스템(NMS)으로부터 얻어질 수 있다. 정체 상태는 트래픽 및 용량 정보로부터 또한 추정될 수 있다. 끝으로, IP 어드레스 사이에 맵핑, 모바일 가입자 식별 및 셀들이 주어진 경우, 네트워크의 현재 상태를 결정하기 위해 각각의 셀에서 트래픽의 각 타입의 양을 결정하도록 Gb 인터페이스(125) 또는 Gi 인터페이스(151)에서 트래픽을 모니터링할 수 있다.
자동 IP 트래픽 최적화기(210)는 정책 강화 포인트이며, 본 발명의 두 번째의 주 구성 요소이다. GPRS 또는 3G 네트워크(또는 상이한 기술의 네트워크에서 유사한 위치)의 Gb 인터페이스에 삽입된 장치에 놓여질 수 있는 트래픽 최적화는 실시될 수 있는 다양한 방법으로 이하에서 설명된다. 일부 또는 모든 이러한 방법은 본 발명에 따라 실시예에서 설명될 수 있다. 최적화의 일부는 셀의 타입에 기초하여 제공되며, 자동 IP PDP(220)에 의해 트래픽은 각각의 셀에 대해 예정되거나, 및/또는 트래픽 및 정체 정보가 각각의 셀에 대해 얻어진다. 기타 사항이 통상적으 로 무선 네트워크에 특정한 특성에 기초하여 셀의 타입 및 상태에 독립적인 방식으로 제공될 수 있다.
자동 IP PDP(220)에 의해 수집된 셀 특정 트래픽 및 리소스 정보에 따라, 다양한 최적화 기술들이 각각의 셀내의 리소스를 관리하도록 자동 IP 최적화기(210)에 적용될 수 있다. 도 9는 본 발명의 자동 IP 트래픽 최적화기(210)의 일 실시예를 도시한 도면이다. 정책들 및 사용자 위치 맵핑은 자동 IP PDP(220)에 의해 자동 IP 트래픽 최적화기(220)로 입력된다. 정책들 및 맵핑은 우선 정책을 해석하여 트래픽 필터(920)를 제어하는 제1 관리 모듈(910)에 도달한다. 음성 및 데이터의 IP 패킷은 서버(160)로부터 도달하고, 트래픽 필터(920)에 의해 IP 어드레스 및 포트 번호에 기초하여 분리된다. 트래픽 필터(920)는 트래픽을 자신의 셀(트래픽이 전송될 셀) 및 트래픽 타입과 관련하여 적정 대기열(940)로 전송한다. 트래픽 필터(920)는 트래픽 흐름이 분리되도록 하여 다양한 최적화 기술(예컨대, TCP 윈도우 클램핑, 승인 제어 메커니즘, 압축, TCP ACK 간격, 로컬 TCP 응답, IP 트래픽 세이핑(shaping) 및 로컬 TCP 재전송 등의 최적화 기술들)이 흐름 단위 및 셀 단위로 실행될 수 있도록 하며, 그 결과 고도의 QoS를 지원한다. 일단 트래픽 최적화가 자동 IP PDP(220)로부터 계속된 정책 지시에 의하여 지시된 대로 실행되면, 트래픽은 도 2에 도시된 바와 같이, GPRS(또는 다른 것) 네트워크(145)로, 그리고 RAN(135) 및 모바일 클라이언트(110)로 전송될 수 있다.
트래픽 세이핑은 특정 스트림 또는 등급 또는 트래픽에 할당된 대역폭을 제한할 수 있다. 트래픽 세이핑은 자신이 덜 버스트하도록 평활화할 수 있다. 트래픽 세이핑은 리소스가 더욱 정당하게(또는 예를 들어 특정 트래픽 등급에 더 높은 우선권을 주는 것과 같이 덜 정당하게) 할당되도록 스케줄링 및 우선권과 결합될 수 있다. 정체 셀에서(또는 심지어 정체가 없는 셀에서), 낮은 우선권 트래픽의 대역폭은 더 많은 대역폭이 더 높은 우선권 트래픽에 대해 이용가능하도록 제한될 수 있다. 자동 IP PDP(220)는 셀의 전체 용량 및 네트워크에 적용된 트래픽의 각각의 등급에 기초하여 트래픽 세이핑을 구성하여야 한다.
TCP 윈도우 클램핑은 작은 대역폭 지연을 생성하는 네트워크에서 버퍼 성장을 방지하는 TCP 정체 윈도우의 크기를 제한하는 메커니즘이다. TCP에서의 정체 제어는 비행중 데이터(전송되었지만 응답되지 않은 데이터)의 향을 제한하기 위해 윈도우 메커니즘을 사용하며; 윈도우의 크기(정체 윈도우 크기)는 소정의 시간에 비행중에 있을 수 있는 데이터의 최대량을 결정한다. TCP의 늦은 시작 및 정체 방지 메커니즘은 작은 정체 윈도우를 갖는 세션을 시작하고, 패킷이 연속적으로 전송 및 응답되기 때문에, 구성된 최대치에 도달할 때까지 윈도우를 성장시킨다. 이러한 최대 정체 윈도우 크기는 통상적으로 64Kbytes이다. 정체 제어 메커니즘은 전송자가 왕복 시간(패킷을 전송하고 응답을 수신하는 사이의 시간)당 하나의 정체 윈도우 크기의 데이터를 전송하게 한다. 만일 수신자 도는 수신 네트워크가 더 낮은 레이트로 데이터를 프로세싱하면, 비행중 데이터의 나머지는 네트워크에서 네트워크 지연에 부가하여 버퍼링되어야 한다.
네트워크에서 버퍼 성장을 방지하기 위한 TCP 정체 윈도우에 대한 최적 크기는 대역폭 지연 생성이며, 여기서 대역폭은 세션에 대해 이용가능한 네트워크 용량이며, 지연은 목적 호스트로 전송된 TCP 패킷에 대한 왕복 시간이다. 정체 윈도우 크기를 클램핑(최대치를 세팅)하는 것은 수신기(이동국)로부터 전송기(서버)로 전 송된 패킷들(예를 들어, 응답 패킷)에서 광고 윈도우 필드를 대체시킴으로써 구현될 수 있다. 셀 용량 및 트래픽 정보로 인해, 원하는 대역폭이 각각의 세션에 대해 결정되며, 대역폭 지연 생성은 클램프 값을 선택하도록 계산된다. (클램프 값이 최소한 전송기에 의해 전송될 수 있는 최대 패킷 크기만큼 커야 한다.) 각각의 세션을 적절한 값으로 클램핑함으로써, 대역폭은 제한되고 네트워크에서 버퍼 성장에 대한 기여는 제한된다. 자동 IP PDP는 셀의 용량 및 셀에 대해 예정된 다른 트래픽을 기초로 각각의 TCP 세션에 대한 적절한 클램프 값을 결정할 수 있다. 다수의 TCP 세션의 경우, 버퍼 점유 시간은 계속하여 늘어나고 IP 트래픽 세이핑이 권장된다. 그러나 TCP 윈도우 클램핑은 GPRS RAN 용량과 관련하여 TCP의 사용을 최적화하는 작용을 한다.
승인 제어 메커니즘은 너무나 많은 세션들 또는 너무나 많은 대역폭을 필요로 하는 세션들이 제한된 용량을 갖는 네트워크로 진입하는 것을 방지한다. 세션 초기 프로토콜(SIP)과 같은 프로토콜은 네트워크로의 액세스를 요청하는데 사용될 수 있다. 자동 IP PDP는 세션의 수 또는 네트워크에서 허용된 세션의 전체 대역폭에 대한 제한을 설정하는 SIP 서버와 상호작용할 수 있다. PDP가 사용자(및 이들의 세션)가 각각의 셀에서의 상태에 대한 정보를 가지고 있기 때문에, 제한은 각각의 셀과 독립적으로 설정될 수 있다.
이미지 데이터는 네트워크를 통과해야 하는 트래픽의 양을 감소시키도록 압축될 수 있다. 대부분의 이미지 데이터는 GIF, JPEG 또는 PNG와 같은 압축된 포맷으로 이미 저장된다. 정체 셀 또는 제한된 대역폭을 갖는 셀의 경우, 이미지는 자 동 IP 트래픽 최적화기(210)에서 번역될 수 있고, 목적지로 전송되기 전에 더 높은 압축비로 재압축될 수 있다. 예를 들어 더 손실이 많은 JPEG 포맷을 사용하거나, GIF 컬러 맵에서 컬러의 수를 감소시켜서, 더 많은 압축을 얻기 위해 손실성 압축 알고리즘을 사용하는 것이 필요할 수도 있다.
셀 특정 최적화 외에, 다양한 다른 무선 특정 최적화가 네트워크의 성능을 향상시키기 위해 자동 IP 트래픽 최적화기(210)에서 구현될 수 있다. (전술된)TCP 윈도우 클램핑은 특정 셀 지식 없이 지연을 한정하도록 이용될 될 수 있다. 예를 들어, 모두가 GPRS인 동종 네트워크에서, 셀의 최대 용량은 정체 윈도우 상의 제한을 계산하기 위해 대역폭 지연 생성에 사용될 수 있다. 심지어, 예를 들어 네트워크가 GPRS와 EDGE 셀의 혼합과 같이 동종이 아닌 경우, 최대 정체 윈도우가 디폴트 값(통상적으로 64Kbytes) 이하의 레벨로 감소되는 한, 가장 최대의 셀 용량은 소정의 지연 감소를 제공하는데 사용될 수 있다.
GPRS 네트워크에서, 최소 왕복 시간은 약 0.5초이며, 셀의 용량은 약 50kbps인데, 이는 3125bytes의 대역폭 지연 생성을 초래한다. 정체 윈도우가 자신의 최대치(통상적으로 64kbytes)로 성장 TCP 세션의 경우, 추가된 버퍼링 지연은 10초에 근접할 수 있다. 본 발명의 현재 실시예는 64kbytes로부터 3125byte까지 최대 정체 윈도우를 감소시키도록 TCP 윈도우 클램핑(930)을 사용한다. 그로 인해, TCP 세션당 최대 지연은 10초 이상에서 1초 미만으로 감소되며, 대략 총 대역폭이 달성된다.
RFC 3135에서 설명된 바와 같이 TCP ACK 공간이 또한 사용될 수도 있다. GPRS와 같은 무선 액세스 네트워크에서, TCP 응답(ACK)은 서로 모이는 경향이 있다. 이는 백투백 도달 TCP 응답으로 인해 TCP로부터 데이터의 버스트를 초래한다. 이러한 버스트는 주기적으로(즉, 왕복 시간당 1회), (IP를 통한 음성과 같이) 소정의 실시간 애플리케이션의 성능에 손상을 주는 지터의 많은 양을 유발하는 액세스 네트워크에서 버퍼를 채운다. 전송기가 더 이상 데이터를 버스트 상태로 전송하지 않도록 ACK를 인터셉트하고 이를 더 많은 정규 공간을 사용하여 전송함으로써 지터를 감소시킬 수 있다.
IEFT의 RFC 3155에 설명된 바와 같은 로컬 TCP 응답은 트래픽 최적화를 위해 사용될 수도 있다. PEP 장치는 전송기에 의해 측정된 왕복 시간을 감소시키기 위해 이동국에 의해 다운 스트림 TCP 패킷이 응답되기 전에 다운 스트림 TCP 패킷에 응답할 수 있다. 이는 최대 대역폭이 TCP 세션의 시작 직후 또는 패킷이 손실된 후 도달하도록 TCP 늦은 시작 및 정체 방지의 속도를 향상시킨다. 만일 로컬 TCP 응답이 생성되었다면, PEP는 패킷이 액세스 네트워크에서 손실된 경우 데이터 복구를 처리해야 한다는 것을 이해해야 한다.
더욱이, IETF의 RFC 3135에 설명된 바와 같이, 로컬 TCP 전송이 상용될 수도 있다. 패킷이 액세스 네트워크에서 손실된 경우, 손실은 이중의 응답을 억제하고, 및/또는 PEP로부터 로컬 TCP 응답을 전송함으로써 서버로부터 숨겨질 수 있다. 이는 서버가 늦은 시작 또는 정체 방지로 진행하는 것을 방지하기 때문에 손실 데이터로부터의 복구를 가속시킬 수 있다. 이러한 경우, 서버가 더 이상 전송을 제어하지 않기 때문에, PEP는 손실 데이터를 전송해야 한다. PEP는 자신의 타임 아웃 메커니즘을 유지함으로써 손실 패킷을 식별해야 하고, 응답이 수신될 때까지 패킷을 저장해야 한다. 만일 PEP가 패킷이 손실되었음을 감지하면, 자신 고유의 저장소로부터 손실 데이터를 전송해야 한다.
장치 특정 데이터 감소는 또다른 최적화 기술이다. 작은 스크린 크기를 갖는 모바일 장치의 경우, 큰 이미지의 크기는 스크린에 적합하도록 감소될 수 있다. 이는 실질적으로 액세스 네트워크를 통해 전송될 필요가 있는 데이터의 양을 감소시키며, 데이터의 수신기에 대한 더 신속한 다운로드를 제공하고 다른 사용자에 대한 더 많은 대역폭을 남긴다. 모바일 장치의 타입은 종종 HTTP 요청 헤더의 정보로부터 결정될 수 있다. 소정의 복호화된 파일 포맷에서의 이미지는 축소될 수 있다. 이러한 최적화는 모든 트래픽에 제공될 수 있거나, 정체되거나 낮은 용량을 갖는 셀로 지향된 트래픽에 적용될 수 있다.
IP 트래픽 세이핑 및 TCP 윈도우 클램핑은 프로토타입 자동 IP 트래픽 최적화기(210)에서 구현된다. 트래픽 세이핑은 셀 단위를 기반으로 제공되며, 윈도우 클램핑은 일정한 클램프 값으로 제공된다. 구현예는 패킷 전송(라우팅)이 허용된 Linux에 기초한다. 트래픽 세이핑은 세이핑, 스케줄링 및 우선권을 실행하기 위해 많은 옵션을 제공하는 Linux tc 명령을 사용하여 구현된다. 바람직한 실시예에서 세이핑 메커니즘은 계층적 토큰 버킷이며, 이는 가중치 공정 대기열 처리(weighted fair queuing)와 유사하다. 각각의 서비스 등급 내에서, 확률적 공정 대기열 처리(Stochastic fair Queuing)가 세션을 스케줄하는 데 사용된다. TCP 윈도우 클램핑의 구현예는 패킷을 인터셉트하기 위해 Linux ip_tables를 사용하고, (이동국으로부터 패킷 전송된 업스트립의 광고 윈도우 필드를 대체하는) 패킷을 프로세싱하기 위해 libipq 루틴을 사용한다.
고객 및 서비스 차별화는 사용자 또는 사용자 세트의 식별 및/또는 가입된 서비스를 필요로 한다. 이어 서비스 차별화는 서비스 보증, 액세스 우선권, 또는 과금 또는 크레디트 인센티브의 품질과 관련하여 제공된다. 모바일 콘택스트에서 사용자(들)를 식별하기 위해, 표7에 리스트된 바와 같은 공통 속성의 세트가 사용되며, 여기서 (TDMA 네트워크 적용과 유사한 속성인) GSM/GPRS 네트워크로 초점이 주어진다.
표7
사용자 인증 정보가 저장된 곳 유효한 기간
IMSI MS, HLR 정적
MSISDN MS, HLR 정적
과금 계정 ID 과금 게이트웨이 PDP 콘택스트가 활성일 때 유효
PPP 세션 로그인 RADIUS 또는 등가물 PPP 세션 동안
IP 어드레스 MS, SGSN, GGSN, CGF 정적 IP 어드레스 또는 동적 IP 어드레스
PDP 콘택스트 MS, HLR, CGF, SGSN, GGSN 동적
이동성 콘택스트 SGSN, GGSN PDP 콘택스트가 활성일 때 유효
액세스 포인트 이름 MS, HLR, GGSN, SGSN 정적 또는 PDP 셋업 동안 할당됨
표7에서, 좌측 열은 사용자 인증을 위한 속성 리스트를 제공한다. 제2열은 속성이 어디서 찾아졌는지를 알려주며, 제3열은 사용자 인증 속성이 정적(즉, 영구히 할당됨)인지 또는 동적(즉, 세션(예를 들어, PDP 콘택스트 또는 PPP 세션)이 활성화될 때 할당됨)인지를 나타낸다. 표6의 속성이 이용가능하면, 이러한 속성의 서브세트는 고객 차별화를 위해 사용될 수 있다. 그러나 고객 및 서비스 차별화를 구현하기 위해, OSS는 이러한 사용자 식별 속성이 세션 및/또는 IP 흐름으로 어떻게 맵핑되었는 지와 관련한 정보를 갖는 것이 요구된다. 맵핑의 이해는 많은 서비스 차별화 메커니즘이 세션 및 IP 층에 상주하기 때문에 필수적이다. 예를 들어, 만일 IP 층 DiffServ QoS 제어가 APN=company.gprs.com에 대응하는 모든 세션에 대해 서비스 품질 차별화를 위해 사용되면, company.gprs.com에 대응하는 모든 IP 흐름을 이해할 필요가 있다. 이어 DiffServ QoS(코드 포인트)는 company.gprs.com에 대응하는 IP 흐름과 관련하여 할당될 수 있다.
사용자 식별 속성과 IP 흐름과 같은 네트워크 엔티티 사이에 맵핑을 획득하는 것은 IP 어드레스가 정적인 경우 간단하다. 이러한 경우, IP 어드레스는 특정 이동국에 대해 분할되고 변화되지 않는다. 그러나, 모바일 환경에서, 동적 어드레스 할당이 지원되는 것은 매우 통상적이며, IPv6가 완전히 전개되기 전에 필수적이다. DHCP를 통한 동적 어드레스 할당에서, IP 어드레스는 PDP 콘택스트가 생성될 경우 MS로 할당되며, 할당된 IP 어드레스는 PDP 세션의 단부에서 배포될 수도 있다. (네트워크 어드레스 번역(NAT)이 GGSN에서 사용될 수도 있다는 사실은 DHCP의 지원에 대한 필요성을 변화시키지 않는다는 것을 이해하라.) 따라서, 맵핑 정보는 PDP 콘택스트 설정 프로세스 동안 존재하며, SGSN 및 GGSN에서 이용가능하다. 맵핑은 또한 셀 상세 기록(CDR)에서 이용가능하며, 그 결과 CDR 중재 장치에서 캡쳐링될 것이다. 유사하게, 맵핑은 또한 RADIUS와 같은 계수 데이터베이스에서 기록된다. 사실 RADIUS MIB는 이러한 맵핑으로 한정된다. 유감스럽게도 IP 어드레스 맵핑에 대한 사용자 ID로의 액세싱은 여전히 난제이다. SGSN 및 GGSN의 경우, 비록 맵핑이 존재하지만, 통상적으로 외부 장치에 대해 이용가능하지 않다. 통상적으로 계수를 지원하기 위해 사용되는 CDR 및 RADIUS의 경우, 정보는 통상적으로 세션이 종료되거나, 비실시간 형태로 된 후 검색될 수 있다. 많은 QoS 제어가 실시간 용량을 필요로 하므로, 맵핑을 검색시 시간 지연은 이들을 무용하게 만든다. 때에 맞은 형태로 맵핑 정보를 얻는데에 있어서의 어려움은 실시간 또는 거의 실시간 장치인 Gb 프로브가 사용자(IMSI)-위치-IP 어드레스 맵핑을 획득하기 위한 바람직한 메커니즘으로 선택되는 이유이다.
본 발명의 시스템 및 방법은 도9에 도시된 실시예에 따른 텔코디아 ISCP와 같은 지능형 서비스 제어 포인트(ISCP)를 사용하여 구현될 수 있다. ISCP(400)는 자동 IP PDP(220)의 논리를 형성하는 알고리즘을 실행하기 위한 플랫폼으로 사용될 수 있다. 텔코디아 SR-3389 "TCP/IP용 ISCP 일반 데이터 인터페이스 규격"에 설명된 바와 같은 현존 일반 데이터 인터페이스(GDI) 및/또는 벤더-특정 독점 인터페이스는 설명된 바와 같이, RAN NMS(240), Gb 프로브(230) 및 고객 데이터베이스(250)로부터 정보를 입력하는데 사용될 수 있다. ISCP(400)은 전술한 바와 같이 자동 정책 생성 및 일치 체킹 알고리즘을 실행하며 GDI 또는 벤더-특정 전매 인터페이스를 통해 자동 IP 트래픽 최적화기(210)와 통신하며, 그 결과 정책 제어 지시어를 자동 IP 트래픽 최적화기(210)로 전달하며, 이는 차례로 셀 단위 기반에서 설명된 최적화 기술을 실행한다. ISCP(400)는 IETF에 의해 한정된 바와 같이 Go 또는 COPS 인터페이스를 통해 GGSN(150)과 직접 통신할 수 있다.
전술한 설명은 본 발명의 설명을 위해 제공되었다. 이는 본 발명을 총망라하거나 소정의 특정 형태로 한정하기 위한 것이 아니다. 많은 변경 및 변화가 전 술한 기술의 관점에서 명확하다. 예를 들어, 2.5 세대 패킷 무선 서비스(GPRS) 및 3세대 UMTS 네트워크에서의 사용에 부가하여, 본 발명의 방법 및 시스템은 GSM 혁신을 위한 강화된 데이터(EDGE), 및 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 무선 전송 기술(1xRTT) 네트워크에 사용될 수 있다. 설명된 응용예는 본 발명의 최상의 설명을 위한 것이며, 당업자는 본 발명을 최적으로 사용할 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다.

Claims (17)

  1. 다수의 이동국들이 무선 액세스 네트워크(RAN), 적어도 하나의 서비스 GPRS 지원 노드(SGSN) 및 적어도 하나의 게이트웨이 GPRS 지원 노드(GGSN)를 구비한 네트워크, 그리고 인터넷을 통해 다수의 서버들에 통신하는 모바일 통신 네트워크에서, 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템으로서,
    특정 데이터 흐름과 관련된 각각의 사용자의 식별자를 포함하는 정보를 상기 RAN과 상기 SGSN사이의 인터페이스로부터 추출하는 하나 이상의 Gb 프로브;
    상기 RAN으로부터의 정체 및 트래픽 정보를 제공하는 네트워크 관리 시스템(NMS);
    이동국의 각각의 사용자에 대한 서비스의 타입 및 품질에 관한 정보를 제공하는 고객 데이터베이스;
    상기 Gb 프로브들, 상기 NMS 및 상기 고객 데이터베이스로부터의 정보가 셀 단위(cell-by-cell basis)로 각각의 데이터 흐름에 대한 트래픽을 최적화하기 위해 취해질 동작들을 결정하는데 사용되는 정책 결정 포인트(policy decision point); 및
    상기 정책 결정 포인트에 의해 결정된 상기 동작들을 실행하기 위한 트래픽 최적화기를 포함하는, 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 정보가 상기 정책 결정 포인트에 제공되는 경우에, 상기 인터넷에서의 지연에 관한 정보를 제공하는 IP 프로브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 정책 결정 포인트는 상기 네트워크의 상태와 관련하여 수신된 정보에 따라 취해질 동작을 자동으로 결정하는 유한 상태 머신에 기초하여 정책 결정을 자동으로 생성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 정책 결정 포인트는 새로운 정책들과 현재 정책들이 일치(consistency)하는지를 체크하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 새로운 정책이 현재 정책과 불일치로서 식별되는 경우에 상기 정책 결정 포인트의 사용자에게 알람이 발생되는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 트래픽 최적화기는 상기 인터넷으로부터 도달한 트래픽을 상기 트래픽이 통과할 상기 RAN내의 셀의 식별자에 의해 식별된 컴포넌트들(component)로 분리시키는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 분리된 트래픽은 TCP 윈도우 클램핑, 승인 제어 메커니즘, 압축, TCP ACK 간격(spacing), 로컬 TCP 응답, IP 트래픽 세이핑(shaping) 및 로컬 TCP 재전송으로 구성된 그룹으로부터 선택된 최적화 기술을 사용하여 셀 단위(cell-by-cell basis)로 최적화되는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 트래픽 최적화기는 Gi 인터페이스에 위치하는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 홈 위치 레지스터(HLR:Home Location Register)는 상기 네트워크에서 이동국들의 사용자에 관한 추가 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 정책 결정 포인트는 지능형 서비스 제어 포인트(ISCP)에서 구현된 것을 특징으로 하는 트래픽을 자동으로 최적화하기 위한 시스템.
  11. 무선 액세스 네트워크(RAN), 패킷 기반 코어 네트워크 및 인터넷을 통해 연결되는, 이동국들의 사용자들과 서버들 사이의 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법으로서,
    특정 트래픽 흐름과 관련된 각각의 사용자의 식별자를 포함하는 정보를 상기 RAN 및 상기 패킷 기반 네트워크사이의 인터페이스로부터 추출하는 단계;
    상기 RAN으로부터의 정체 및 트래픽 정보에 관한 정보를 네트워크 관리 시스템(NMS)으로부터 수집하는 단계;
    이동국의 각각의 사용자에 대한 서비스의 타입 및 품질에 관한 데이터를 고객 데이터베이스로부터 검색하는 단계;
    상기 RAN 및 상기 패킷 기반 네트워크사이의 인터페이스로부터 추출된 정보, 상기 네트워크 관리 시스템(NMS)으로부터 수집된 정보, 및 상기 고객 데이터베이스로부터 검색된 데이터를 정책 결정 포인트에 입력하는 단계;
    각각의 데이터 흐름에 대한 트래픽을 최적화하기 위하여 어느 동작들이 취해져야 하는지를 상기 정책 결정 포인트에서 결정하는 단계; 및
    셀 단위(cell-by-cell basis)로 상기 동작들을 실행하기 위하여 상기 동작들을 트래픽 최적화기에 전송하는 단계를 포함하는, 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 인터넷에서의 지연에 관한 데이터를 하나 이상의 IP 프로브로부터 수집하는 단계; 및
    상기 수집된 데이터를 상기 정책 결정 포인트에 입력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 어느 동작들이 취해져야 하는지를 결정하는 상기 단계는 수용 불가능 상태(unacceptable state)로부터 수용가능 상태(acceptable state)로, 또는 준최적 상태(sub-optimal state)로부터 수용가능 상태로 전환시키기 위하여 어느 동작들이 필요한지를 자동으로 결정하기 위하여 유한 상태 머신을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 어느 동작들이 취해져야 하는지를 결정하는 상기 단계는 새로운 정책들과 현재 정책들과의 일치(consistency)를 체크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 일치를 체크하는 상기 단계는 새로운 정책이 현재 정책과 불일치하는 것으로서 식별되는 경우에 상기 정책 결정 포인트의 사용자에게 알람을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 인터넷으로부터 상기 트래픽 최적화기에 도달하는 트래픽을 상기 트래픽이 통과할 RAN내의 셀의 식별자에 의해 식별된 컴포넌트들로 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 분리된 트래픽은, TCP 윈도우 클램핑, 승인 제어 메커니즘, 압축, TCP ACK 간격, 로컬 TCP 응답, IP 트래픽 세이핑 및 로컬 TCP 재전송으로 구성된 그룹으로부터 선택된 최적화 기술을 사용하여 셀 단위로 최적화되는 것을 특징으로 하는 트래픽 흐름을 자동으로 최적화하기 위한 방법.
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