KR20040082032A - 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단모의ＶｏＩＰ품질측정방법 - Google Patents

초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단모의ＶｏＩＰ품질측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고속 인터넷에서의 VoIP 서비스의 효율적 품질관리 및 품질예측을 위한 웹기반의 모의 VoIP 전송품질측정방법에 관한 것으로, 특히 측정대상이 되는 코덱 및 패킷 전송 회수 선택기능은 물론이고, 측정서버와 함께 백본측에 접속된 테스트 서버뿐만 아니라, 다양한 가입자망 환경에 수용되어 동시 로그인한 전체 가입자 리스트를 공유하여 측정대상으로 선택가능하게 함으로써, 전체 ISP망 내에서의 다양한 측정환경별, 망구성환경별 모의 VoIP 전송품질측정이 가능한 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 초고속 인터넷 서비스의 End-to-End 가입자망에서의 모의 VoIP 품질측정을 수행하는 효율적 품질관리 시스템을 구축함으로써, 단방향 전송과 연결미확립성(connectionless) 특성이 강한 VoIP 트래픽의 전송품질을 웹기반의 모의 전송품질 측정을 통한 신속한 서비스 품질 진단을 가능하게 하여, 이를 통해 VoIP 서비스의 안정적 품질 관리 및 품질 향상 업무를 수행할 수 있으며, 품질관리에 요구되는 인력, 시간 및 비용을 절감하고 업무의 효율성을 증대시킬 수 있다.

Description

초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의ＶｏＩＰ품질측정방법{Web-based Simulation Method of End-to-End VoIP Quality in Broadband Internet Service}
본 발명은 ISP의 초고속 인터넷 서비스망을 이용한 VoIP서비스의 효율적 품질관리 및 품질예측을 위하여, 초고속 인터넷 서비스 가입자의 Web상 접속을 통한 모의 VoIP 전송품질측정을 가능하게 함으로써, 모의 VoIP 트래픽 생성 및 송수신을 이용하여 VoIP 전송 품질을 측정하고 이를 통해 음성품질을 추정할 수 있는 방법에 관한 것이다. 특히, 측정대상이 되는 코덱 및 패킷 전송 회수 선택기능은 물론이고, 측정서버와 함께 백본측에 접속된 테스트 서버(도 1의 host 0)는 물론 다양한가입자망 환경에 수용되어 동시 로그인한 전체 가입자 리스트를 공유하여 측정대상으로 선택가능하게 함으로써, 전체 ISP망 내에서의 다양한 측정환경별, 망구성환경별 모의 VoIP 전송품질측정이 가능한 방법에 관한 것이다.
종래의 VoIP 서비스 방식은 인터넷 서비스를 제공하기 위해 구축된 xDSL망 및 케이블망 등의 가정용 가입자망과 전용회선 등의 기업용 가입자망을 이용하여, 음성데이터를 인터넷 전송이 가능한 IP 데이터 패킷화하여 전송하는 방식이다. 이 때 패킷화된 음성데이터 트래픽은 기존의 일반 데이터 통신 트래픽과 섞여 함께 망대역폭 및 구간을 공유하면서 ISP 백본망을 경유하여, 원하는 목적지 호스트(host)까지 전송된다. 또한, 상대측 호스트에서 생성된 음성데이터 트래픽 역시 동일한 방법으로 전송된다. 그러나 실시간성 품질이 중시되는 음성신호의 특성상, 전송경로상 데이터 손실 방지를 위한 재전송이 가능한 연결확립(connection oriented) 특성을 갖는 TCP 프로토콜 대신에, 전송경로상의 별도의 데이터 손실 방지책이 없는 미연결성(connectionless) 특성의 UDP 프로토콜에 RTP 프로토콜을 실어서 음성데이터를 전송하고 있다. 하지만, IP 패킷화된 음성데이터도 기존의 인터넷 트래픽과 망자원을 공유하고 경쟁해야 하므로, 일반 데이터 트래픽 폭주시나 망품질 저하시에 데이터 손실, 과도한 전송 지연, 비순차적 및 불규칙적 패킷 도달 등의 문제점이 발생할 수 있으며, 특히 UDP를 사용하는데 따른 과도한 패킷 손실이 발생하기 쉽다는 취약점을 지닌다. 이는 VoIP 가입자들이 느끼는 주관적 음성 품질에 심각한 악영향을 끼칠 수 있게 된다. 따라서, 가능한 한 VoIP 트래픽으로 인한 망자원 소모를 지양하면서도, 주관적 음성품질에 주는 악영향을 적게 하기 위하여, VoIP 데이터는 다양한 음성압축코덱을 이용하여 압축을 하여 전송 비트율을 감소시키고, 수십 msec의 주기적 시간간격으로 UDP 패킷을 송신하는 방법을 사용하고 있다.
실제로 VoIP 서비스를 댁내에서 제공받기 위해서는, 수신용 전화번호 자원 부여, 호설정 프로토콜과 그 지원 장비, 음성데이터 압축 및 전송용 프로토콜과 그 지원 장비 등이 기존 데이터망환경에 함께 구비되어야 한다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 실제 VoIP서비스의 경우, 통화자의 음성은 PCM(Pulse Code Modulation)으로 샘플링되어 데이터 비트열로 만들어지며, 이는 VoIP 음성압축 코덱을 이용하여 정해진 사이즈의 Data Payload로 만들어져 패킷 단위로 RTP, UDP, IP 캡슐화(encapsulation)되어 주기적인 전송시간간격으로 인터넷 데이터망에 전송된다. 따라서, 이처럼 정형화된 VoIP 패킷 프레임 형식을 감안하여 유사 VoIP 패킷을 생성하고 전송함으로써, 실제 VoIP 전화 서비스 상황을 고려한 모의 VoIP 품질측정이 가능하다.
특히, 측정 대상을 도 2에 도시된 바와 같이, xDSL, HFC, 전용회선, FTTH와 같은 다양한 가입자망 환경에서 웹(Web)을 이용하여 접속한 모든 호스트 중에 선택할 수 있도록 하면, 간단하게 다양한 환경의 수많은 가입자 호스트간의 단대단(end-to-end) VoIP 품질측정이 가능해진다.
나아가, 모의 VoIP 품질측정을 통해 얻어진 측정결과를 활용하여, ITU-T G.107 권고안에서 제시된 E-model 음성품질 추정방법에 따라, 모의측정 당시의 음성품질 추정치를 계산할 수 있으며, 이를 계산하여 측정수행자가 즉석에서 서비스 제공이 가능한 VoIP 품질 수준을 가늠해 볼 수 있게 된다.
더 나아가, 모의 VoIP 품질측정 결과와 음성품질 추정치, 가입자 정보 등의 데이터베이스화를 통하여, 향후 품질관리 정책을 수립하고 효율적 품질관리업무와 정확한 VoIP 서비스 품질 예측이 가능할 것이다.
결국, 기존 초고속 인터넷 서비스에서 적용되는 다양한 가입자의 보다 효율적이고 정확한 VoIP 품질관리 및 품질 예측을 위해서는, 전체 HFC망의 각 구간별 다양한 품질영향요소들이, 가입자가 경험하는 End-to-End 체감 품질 측정과 동시에 파악되어, 이들 품질영향요소들이 실제로 가입자망 품질에 어떠한 영향을 미치는가를 분석하고 신속히 대처할 필요가 있다.
현재로서는, 단순히 송수신 양측에 관련 서비스 장비를 갖추고, 실제 VoIP 호(Call)를 발생시키고 그 때의 품질을 측정하는 품질 계측기 장비는 개발되어 있으나, VoIP 서비스 제공 여부를 떠나서 다양한 가입자망 환경을 갖는 초고속 인터넷 서비스 가입자 단말에서 웹기반으로 간단하게 유사 VoIP 패킷을 생성하여 단대단 모의 VoIP 품질측정을 효과적으로 수행하는 동시에 음성품질을 추정할 수 있는 자동 시스템은 전무후무한 실정이다.
본 발명의 목적은 ISP의 초고속 인터넷 서비스망을 이용한 VoIP 서비스의 효율적 품질관리 및 품질예측을 위하여, 인터넷 서비스 가입자의 Web상 접속을 통한 모의 VoIP 품질측정을 가능하게 하고, 유사 VoIP 트래픽 생성 및 송수신을 이용하여 VoIP 품질을 측정함으로써 음성품질을 추정할 수 있는 방법을 소프트웨어 어플리케이션을 구현하는데 있다.
도 1은 종래의 실제 VoIP 패킷 프레임 형식을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웹기반 모의 VoIP 전송품질측정을 수행하는 망구성 및 서비스를 개략적으로 도시한 개념도, 및
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웹기반 모의 VoIP 전송품질측정방법의 단계별 수행 내역을 상세히 예시한 흐름도이다.
본 발명에 따르면, VoIP 모의측정사이트에 접속한 후 인증을 거쳐, ISP측 품질측정주관서버에 등록한 후, 측정을 대기하는 제1단계; 측정대상 VoIP Codec을 선택하여, 해당 Codec 특성에 의존하는 정보들을 결정한 후, 서버측에 해당 정보를 알려주는 제2단계; 측정 수행자측 호스트인 마스터 호스트에서 본 VoIP 모의측정을 함께 수행하기 위하여 모의VoIP측정을 동시에 상호 수행할 측정대상 호스트인 슬레이브 호스트를 선택하는 제3단계; ICMP(Internet Control Message Protocol) 패킷을 이용하여, TraceRoute 및 Ping test를 수행함으로써, 패킷 전송 경로를 파악하고 왕복전송지연(RTT)을 측정하는 제4단계; 상기 Codec 특성에 의존하는 정보를 이용하여, 모의VoIP패킷트래픽을 생성하는 제5단계; 상기 생성된 모의VoIP패킷트래픽을 마스터측에서 슬레이브측으로 단방향 전송 후, 반대로 슬레이브측에서 마스터측으로 단방향 전송을 수행하는 제6단계; 및 패킷 손실률, Inter-Packet Jitter 또는 Inter-Arrival Jitter를 계산하여, 모의VoIP패킷전송품질을 측정하는 제7단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 후술한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웹기반 모의 VoIP 전송품질 측정을 수행하는 망구성 및 서비스를 개략적으로 예시한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웹기반 모의 VoIP 전송품질측정방법의 단계별 수행 내역을 상세히 예시한 흐름도이다.
우선, 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의 VoIP 품질측정을 수행하기 위해서는 다음과 같은 사항들이 요구된다. 먼저, 가입자가 웹접속을 이용하여 품질측정을 수행하고 원활한 중계가 가능하도록 ISP 백본측에 위치한 웹서버 및 결과저장용 DB 서버를 주축으로한 모의 VoIP 품질측정 시스템이 구축되어 있어야 한다. 또한, 측정 전후의 가입자 구별 및 인증을 위하여, 서비스 가입자에게는 웹접속이 가능한 별도의 고유번호가 부여되어, 인증이 수행되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의 VoIP 품질측정방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 가입자가 인터넷 서비스 사업자(ISP)의 VoIP 모의품질측정 전용 웹사이트에 접속하기 위해서는, 가입자가 해당 웹주소를 웹브라우저에 입력하여 접속한 후(S31), 별도의 가입자 인증용 사용자번호를 입력하여 정상 가입자로서의 인증을 완료하게 되며, 해당 가입자측 호스트는 품질측정 주관 서버에 '측정대기중 호스트'로 등록된다.
그런 다음, 측정을 수행할 대상 VoIP Codec을 선택한다(S32). VoIP에 사용되는 음성압축 Codec에 따라, 정보 압축율과 패킷 크기 및 패킷 전송 시간 간격이 달라지기 때문에, 선택된 Codec에 따라, 후술하는 본 측정에서 수행할 유사 VoIP 패킷 생성 및 전송 유형을 좌우하는 패킷 크기 및 패킷 전송 시간 간격이 정해진다. 또한, 측정 수행 회당 한번에 전송할 패킷 개수를 선택한다.
그 다음, 모의 VoIP 품질측정을 함께 수행할 측정대상 호스트를 선택한다(S33). 측정대상 호스트는 동일한 방법으로 웹서버 인증을 거쳐, '측정대기중 호스트'로 등록된 모든 호스트가 가능하며, 측정 수행자가 먼저 상대측 호스트를 선택하고 측정 시작 버튼을 클릭하는 동시에, 능동적으로 측정 상대방을 선택한 수행자측 호스트가 마스터 호스트(Master host)가 되며, 피동적으로 선택된 상대방 측정대상자는 자동으로 슬레이브 호스트(Slave host)로 전환되어 측정이 완전히 종료될 때까지, 상호간에 모의측정을 함께 수행하게 된다. 이와 동시에 양측은 '측정진행중 호스트'로 서버측에 등록되어, 제3의 호스트로부터 측정 대상자로 선정될 수 없게 된다.
이제, 본 측정이 순차적으로 수행된다. 먼저 ICMP(Internet Control Message Protocol)를 이용하여, TraceRoute를 수행함으로써 데이터 트래픽이 경유하는 경로를 파악한다. 또한, 선택된 측정대상 VoIP Codec에서 정의된 패킷 사이즈와 동일한 크기의 ICMP Ping 패킷을 이용하여 Ping test를 수행함으로써, 왕복전송지연(RTT; Round Trip Delay)을 측정하여(S34), 동일한 패킷 크기를 갖는 VoIP 패킷이 전송되었을 때를 가정한 망구간 왕복 지연을 파악할 수 있게 된다. 본 측정은 마스터 호스트가 슬레이브 호스트에 대하여 먼저 수행한 다음, 슬레이브 호스트가 마스터 호스트에 대하여 동일하게 실시한다.
그 후, 모의 VoIP 품질측정을 위한 유사 VoIP 패킷을 생성한다(S35). 유사 VoIP 패킷에는 실제 음성정보 데이터 대신에, 수신측에서의 전송품질 정보 획득 및 측정 항목 계산을 위한 패킷 송신 시각, 송신측 호스트의 CPU clock, 패킷 일련번호 등의 정보가 기록되는데, 실제 VoIP 패킷과 동일한 크기의 Data Payload를 갖도록 생성된다. 상기 Data Payload는 실제 VoIP 트래픽과 마찬가지로 RTP 및 UDP 프로토콜에 의하여 캡슐화(encapsulation)된다. 이렇게 생성된 유사 VoIP 패킷 트래픽은 실제 VoIP 패킷 트래픽과 마찬가지로, 선택된 Codec에서 정의된 패킷 전송 시간간격에 맞춰 주기적으로 전송되도록 생성된다.
그 다음, 상기 생성된 모의 VoIP 트래픽을 마스터측에서 슬레이브측으로 단방향 전송한 후, 반대로 슬레이브측에서 마스터측으로 단방향 전송을 수행한다(S36). 모의 VoIP 트래픽 전송 양상은 패킷의 크기 및 전송시간 간격면에서 상기 선택된 Codec을 사용하는 실제 VoIP 패킷과 동일하다.
다음으로, 상대측 호스트로부터 수신된 모의 VoIP 패킷들의 정보를 활용하여, 상기 단계에서 수행한 모의 VoIP 품질을 측정한다(S37). 이를 통해 패킷 손실률, Inter-packet Jitter 및 Inter-Arrival Jitter를 계산한다. Jitter 계산의 경우, 송신측 호스트로부터 송신된 정보인 패킷 송신 시각, CPU clock, 패킷 일련번호 등을 이용하여 계산한다. 참고로, Inter-packet Jitter(D(i,j))는 다음의 수학식으로 계산된다.
여기서, i, j : 패킷 일련 번호
S : 패킷의 송신 시각
R : 패킷의 수신 시각
또한, Inter-Arrival Jitter(Ji)는 다음과 같은 수학식으로 계산된다.
여기서, i : 패킷 일련 번호
D : Inter-packet Jitter
다음, 이상에서 계산된 품질측정 결과를 활용하여, 모의 VoIP 품질측정 당시의 음성품질을 추정한다(S38). 이는 ITU-T 권고안 G.107 E-model에서 제시한 R-factor(이하 "R"이라 함) 및 의사(擬似) MOS(Mean Opinion Score)를 계산함으로써 이루어진다. R 및 MOS는 다음과 같이 계산된다.
R = Ro - Is - Id - Ie + A
여기서, Ro : Basic signal-to-noise ratio
Is : Simultaneous impairment factor
Id : Delay impairment factor
Ie : Equipment impairment factor
A : Advantage factor
MOS = 1 + 0.035R + R(R-60)(100-R)*7/1000000
마지막으로, 이상에서 수행된 최종 측정결과 및 추정음성 품질, 그리고 측정대상 호스트 정보 등을 마스터 호스트, 슬레이브 호스트 각각의 측정 수행자에게웹상 화면을 이용하여 디스플레이하고, 측정 주관 서버와 연동된 DB 서버에 저장한다(S39). 또한, '측정중 호스트'에서 '측정대기중 호스트'로 환원되어 재측정이 가능해진다. 측정 수행자의 반복 측정 여부 선택에 따르면, 상기 측정 수행 과정을 다시 반복하거나, 최종적으로 측정을 중지하여 '측정대기중 호스트' 리스트에서 해제되게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의 VoIP 품질측정방법에 의하면, 측정 수행자의 VoIP 서비스 가입 유무에 상관없이 실제 VoIP 서비스를 가정한 모의 품질측정 수행이 가능해짐으로써, 별도의 장비 설치없이 간단하게 최선도달(Best-Effort) 특성이 두드러진 초고속 인터넷 서비스에서의 단대단 VoIP 전송 품질 뿐만 아니라, 추정음성품질 현황을 파악하고 품질저하원인도 분석할 수 있는 소프트웨어 어플리케이션을 구현할 수 있다.
지금까지 본 발명의 특정 실시예에 대하여만 기술하였지만, 본 기술분야의 당업자에게는 다양한 변형 및 수정이 가능하다는 것은 자명한 일이다.
본 발명에 따르면, 초고속 인터넷 서비스 가입자 댁내에서 웹기반 단대단 모의 VoIP 품질측정시스템을 구축하여, 측정 수행자의 실제 VoIP 서비스 가입 유무에 상관없이 실제 VoIP 서비스를 가정한 모의품질측정 수행 및 그 때의 음성품질을 추정하는 것이 가능해짐으로써, 별도의 장비 설치없이 간단하게 다양한 초고속 인터넷 서비스에서의 단대단 VoIP 전송 품질 현황 파악이 가능하고, 실제 서비스의 가정하에 추정음성품질 현황을 파악하여, 보다 효율적인 VoIP 품질관리를 가능하게함으로써, 막대한 인력과 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
나아가, 데이터베이스에 저장된 각 품질영향요소는 통계적으로 분석되어, 중요한 가입자 관리용 및 객관적인 근거자료로 활용되어 향후 효율적인 품질관리업무가 가능해지며, 품질측정 데이터에 기반한 각 망구간의 품질관리 정책 수립이 용이하게 되는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법에 있어서,
    VoIP 모의측정사이트에 접속한 후 인증을 거쳐, ISP측 품질측정주관서버에 등록한 후, 측정을 대기하는 제1단계;
    측정대상 VoIP Codec을 선택하여, 해당 Codec 특성에 의존하는 정보들을 결정한 후, 서버측에 해당 정보를 알려주는 제2단계;
    측정 수행자측 호스트인 마스터 호스트에서 본 VoIP 모의측정을 함께 수행하기 위하여 모의VoIP측정을 동시에 상호 수행할 측정대상 호스트인 슬레이브 호스트를 선택하는 제3단계;
    ICMP(Internet Control Message Protocol) 패킷을 이용하여, TraceRoute 및 Ping test를 수행함으로써, 패킷 전송 경로를 파악하고 왕복전송지연(RTT)을 측정하는 제4단계;
    상기 Codec 특성에 의존하는 정보를 이용하여, 모의VoIP패킷트래픽을 생성하는 제5단계;
    상기 생성된 모의VoIP패킷트래픽을 마스터측에서 슬레이브측으로 단방향 전송 후, 반대로 슬레이브측에서 마스터측으로 단방향 전송을 수행하는 제6단계; 및
    패킷 손실률, Inter-Packet Jitter 또는 Inter-Arrival Jitter를 계산하여, 모의VoIP패킷전송품질을 측정하는 제7단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계에서의 해당 Codec 특성에 의존하는 정보들은, 패킷 크기 정보, 전송 시간 간격 또는 패킷 전송 회수를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계에서의 ICMP 패킷은 상기 선택된 측정대상 VoIP Codec에서 정의된 패킷 사이즈와 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계에서의 모의VoIP패킷트래픽은, 상기 선택된 측정대상 VoIP Codec에서 정의된 패킷 전송 시간 간격 및 패킷 사이즈와 동일한 크기를 가지며, RTP/UDP 패킷 캡슐화(encapsulation)을 수행하고, 각 패킷의 Data Payload Filed에 송신 시각, 송신측 호스트의 CPU clock 또는 생성 패킷 일련번호의 정보를 기록하여, 정해진 패킷 전송 회수만큼 생성되는 것을 특징으로 하는 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제7단계에서의 계산은, 마스터 호스트 및 슬레이브 호스트 각각이 상대측으로부터 수신된 모의 VoIP 패킷들의 개수, 일련번호, 송신 시각 또는 송신측 호스트의 CPU clock을 확인하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제7단계 이후에, 상기 모의VoIP패킷전송품질 측정결과를 이용하여, R-factor 및 의사(擬似) MOS(Mean Opinion Score)를 계산함으로써, 음성품질을 추정하는 단계; 및/또는 상기 마스터 호스트 및 슬레이브 호스트 각각의 측정 수행자에게 상기 측정결과 및 측정대상 호스트 정보를 출력해주고 상기 품질측정주관서버와 연동된 DB 서버에 저장하는 단계;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 인터넷 서비스에서의 웹기반 단대단 모의VoIP품질측정방법.
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