KR20070021726A

KR20070021726A - 휴대 인터넷 시스템에서 이동 단말기의 실시간 패킷 서비스처리 방법

Info

Publication number: KR20070021726A
Application number: KR1020050076306A
Authority: KR
Inventors: 박영준; 최대석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-23
Also published as: KR101195310B1

Abstract

본 발명은 휴대 인터넷 시스템에서 세션 설정 프로토콜을 기반으로 하는 실시간 패킷 서비스를 이동 단말기에서 요청하여 처리할 수 있도록 하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 휴대 인터넷 시스템에서 이동 단말기의 실시간 패킷 서비스 처리 방법에 있어서, 상기 이동 단말기는 실시간 패킷 서비스 요청을 요청 메시지를 생성하여 전송하는 과정과, 상기 요청 메시지에 상응하는 응답 메시지를 수신하면, 상기 실시간 패킷 서비스를 위한 무선 자원 할당을 요청하는 과정과, 상기 무선 자원 할당 요청에 대한 응답을 수신하면, 상기 할당되는 무선 자원을 통해 상기 실시간 패킷을 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

휴대 인터넷, 와이브로(Wibro), VoIP, QoS, SIP, DSA, 실시간 패킷

Description

휴대 인터넷 시스템에서 이동 단말기의 실시간 패킷 서비스 처리 방법{METHOD FOR PROCESSING OF REAL TIME PACKET SERVICE OF MOBILE STATION IN PORTABLE INTERNET SYSTEM}

도 1은 일반적인 IEEE 802.16 시스템에서의 VoIP 서비스를 제공하기 위한 시스템 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 제공하기 위한 VoIP 세션 협상 과정을 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 지원하기 위한 이동 단말기의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 지원하기 위한 MAC 계층에서의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기의 내부 블록 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 지원하기 위한 기지국의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.

본 발명은 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access) 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 서비스 품질을 보장하면서 VoIP(Voice over Internet Protocol) 서비스를 제공할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재의 무선 통신 환경에서 사용자에게 데이터 서비스를 제공하기 위해서 일반적으로 사용되는 기술로는, CDMA2000 1xEVDO(Code Division Multiple Access 2000 1x Evolution Data Optimized), GPRS(General Packet Radio Services) 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunication Service)와 같은 2.5세대 또는 3세대 셀룰러 이동통신 기술과, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 무선(Wireless) 근거리 통신 네트워크(Local Area Network, 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 등의 무선랜 기술로 나누어진다.

상기와 같이 회선 망을 통한 음성 서비스 위주의 3세대 셀룰러 이동통신 기술에서의 특징은, 가입자들이 광범위한 무선 통신 환경에서 인터넷(internet)에 접속할 수 있는 패킷 데이터 서비스(Packet Data Services)를 제공한다는 것이다.

하지만, 셀룰러 이동통신 망에서 고속의 패킷 데이터 서비스를 지원하는 데는 한계가 있다. 예컨대, 동기식 이동통신 시스템인 상기 CDMA2000 1xEVDO 시스템에서는 약 2.4Mbps까지의 데이터 전송율을 제공하고 있다.

한편, 이러한 이동통신 기술들의 진화와 병행하여 IEEE 802.16 기반의 무선 LAN이나 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 다양한 근거리 무선 접속 기술들이 등장하고 있다. 이러한 기술들은 셀룰러 이동통신 시스템에서와 동등한 수준의 이동성(mobility)을 보장하지 못한다. 하지만, 상기 근거리 무선 접속 기술들은 공공장소나 학교 등과 같은 핫 스팟(Hot Spot) 지역이나 홈 네트워크(Home Network) 환경에서 케이블 모뎀(cable modem) 또는 xDSL(Digital Subscriber Line)과 같은 유선 통신 망을 대체하면서, 무선 환경에서 고속 데이터 서비스를 제공하기 위한 대안으로서 제시되고 있다.

하지만, 상기에서 설명하는 무선 LAN으로 고속 데이터 서비스를 제공할 경우, 극히 제한된 이동성과 좁은 서비스 영역뿐만 아니라 전파 간섭 등으로 인해 사용자에게 공중망 서비스를 제공하는데 한계가 있다.

따라서, 상기와 같은 한계를 극복하기 위한 노력들이 다각도로 이루어지고 있다. 예를 들면, 셀룰러 이동통신 시스템과 무선 LAN의 장단점을 보완한 휴대 인터넷 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 현재 표준화 및 개발이 진행 중인 상기 휴대 인터넷 기술의 대표적인 예로서, 무선 광대역 인터넷(Wibro, Wireless Broadband Internet, 이하 '와이브로'라 칭하기로 한다) 시스템에 대한 연구들이 활발히 진행 중에 있다. 상기 와이브로 시스템은 다양한 형태의 이동 단말기(MS, Mobile Station) 등을 시용하여 실내외의 정지 환경, 보행 속도 및 중/저속(60Km/h 내외) 등의 이동 환경에서 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있다.

상기 와이브로(Wibro) 시스템은 2.3GHz 대역의 무선 가입자 회선(WLL, Wireless Local Loop) 기술에서 한 단계 진화된 기술로 4세대 이동통신 영역을 포함하며, 3세대 IMT-2000보다 넓은 분야를 가지고 있다. 이로 인해, 상기 와이브로를 3.5세대 이동통신 기술이라고 한다.

한편, 상기한 바와 같이 상기 휴대 인터넷은 이동 중에도 고속의 데이터를 무선으로 전송 받을 수 있는 기술이다. 또한, 상기 휴대 인터넷은 기본적으로 서비스 품질(Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 한다)를 제공한다. 즉, 이동 단말기의 상위 계층에서 제공하는 서비스에 따라서 전송할 수 있는 대역폭(bandwidth) 등, 여러 가지 제공하는 QoS 파라미터들(parameters)이 달라진다.

다시 말해, 상기 휴대 인터넷의 경우는, 유선 네트워크와는 달리 무선 매체의 특성 및 환경에 따라 데이터 전송률과 같은 물리적 매체 특성이 급격하게 변할 수 있다. 또한, 이러한 특성의 변화에 대한 예측이 불가능하다. 이는 단순히 인터넷(internet) 검색 같은 서비스를 사용하는 경우에는 큰 문제를 유발하지 않지만, 동영상과 같은 멀티미디어(multimedia) 서비스의 경우에는 지연 및 지터(jitter) 측면에서 많은 서비스 저하를 유발할 수 있으며, 또한 대역폭 보장을 요구하는 서비스의 경우에는 QoS 측면에서 많은 서비스 저하를 유발할 수 있다. 또한, 네트워크의 발전과 더불어 사용자들의 멀티미디어에 대한 요구 사항도 증가하고 있기 때문에 상기 QoS 보장 문제의 경우, 통신 시스템 개발시 반드시 고려되어야 할 사항으로 인식되고 있다.

상기 IEEE 802.16 시스템에서는 이동 단말기에게 상기 QoS를 보장하기 위하여 하기와 같은 서비스 클래스를 정의하며, 매체 접속 제어(Medium Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다) 계층에서 스케줄링(scheduling)을 수행한다.

즉, 상기 휴대 인터넷 서비스를 이용하기 위해서는 네트워크 엔트리(Network Entry)가 종료된 후에 데이터 전송을 위해 상기 서비스 플로우(Service Flow)의 생성이 필요하다. 여기서, 상기 서비스 플로우란 특정한 QoS를 제공하는 기지국(BS, Base Station)과 이동 단말기 사이의 연결로서, 연결 상의 패킷들의 단방향 플로우를 나타낸다. 즉, 상기 이동 단말기와 상기 기지국 사이에 설정된 서비스 플로우는 상기 이동 단말기의 MAC 계층에서 상기 기지국으로 전송할 수 있는 서비스 플로우를 결정하게 된다. 상기 서비스 플로우의 생성 과정은 동적 서비스 추가(Dynamic Service Addition, 이하 'DSA'라 칭하기로 한다)을 통해 이루어진다. 이하, 상기 IEEE 802.16 시스템에서 상기 이동 단말기가 새로운 서비스 플로우의 생성을 요청하는 상향 트래픽의 경우를 예로 하여 상기 MAC 계층의 스케줄링 과정에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, IEEE 802.16 시스템에서 상기 이동 단말기는 상기 MAC 계층에서 MAC 관리 메시지인 동적 서비스 추가 요청(Dynamic Service Addition Request, 이하 'DSA-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 기지국에게 전달한다.

다음으로, 상기 DSA-REQ 메시지를 수신한 상기 기지국은 상기 DSA-REQ 메시지에서 정의되는 서비스 플로우의 스케줄링 방법과 QoS 파라미터 값을 보장할 수 있는 스케줄링을 수행한다. 여기서, 상기 QoS를 보장하기 위한 스케줄링 방식으로 IEEE 802.16에서는 4개의 서비스 클래스를 정의하고 있다. 즉, UGS(Unsolicited Grant Service), rtPS(Real-Time Polling Service), nrtPS(non-Real-Time polling Service) 및 BES(Best Effort Service)로 정의하고 있다.

이하에서는, 상기 4개의 서비스 클래스들 중에서 IEEE 802.16 시스템에서 실시간 패킷 서비스(packet service) 예컨대, VoIP(Voice of IP) 서비스를 위하여 상기 기지국에서 수행하는 상기 UGS 방식을 이용한 스케줄링을 예로 하여 설명한다. 즉, 상기 이동 단말기로부터 상기 DSA-REQ 메시지를 수신한 상기 기지국은 상기 UGS 방식에 의한 스케줄링을 수행한다. 상기 UGS 스케줄링은 주기적으로 발생하는 고정 길이의 데이터 패킷을 생성하는 실시간 서비스를 지원하기 위한 스케줄링 방식으로서, T1/E1이나 VoIP 서비스를 지원한다. 상기 UGS 방식에서 상기 이동 단말기는 무선 자원을 할당받기 위하여 서로 경합하지 않더라도, 최초 요구하였던 무선 자원량을 보장받을 수 있게 된다.

다음으로, 상기 기지국은 상기 UGS에 기반한 스케줄링 수행 후, 상기 스케줄링에 대한 결과를 상기 DSA-REQ 메시지에 상응하는 MAC 관리 메시지인 DSA 응답(response)(이하 'DSA-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 이용하여 상기 이동 단말기에게 통보한다.

상기 이동 단말기는 상기 기지국으로부터 상기 DSA-RSP 메시지를 수신하면, 상기 기지국과의 서비스 플로우가 생성된 것으로 판단한다. 이후, 상기 이동 단말기는 전송하고자 하는 VoIP 패킷을 상기 스케줄링 결과에 상응하는 무선 자원을 통해 전송하게 된다.

한편, 상기 기지국이 새로운 서비스 플로우 생성을 요청하는 하향 트래픽의 경우에는 상기 MAC 관리 메시지 즉, 상기 DSA-REQ 메시지 및 상기 DSA-RSP 메시지와 VoIP 패킷의 전송 방향만이 반대일 뿐 상기 단계와 동일한 절차를 수행하게 된다. 즉, 상기에서와 같이, 상기 DSA 송수신 과정을 통해 상기 이동 단말기와 상기 기지국 사이에 논리적인 연결(connection)이 생성된다.

상기에서 살펴본 바와 같은 VoIP 서비스는 실시간으로 음성을 패킷에 실어서 전송하는 서비스이다. 즉, 상기 VoIP 서비스는 패킷 기반의 IP 데이터 망에서 기존의 전화 서비스를 대체(emulate)하기 위하여 개발되었다. 상기 VoIP 서비스에서 송수신자 예컨대, 상기 이동 단말기와 상기 기지국간의 호 설정(Call Connection)은 SIP(Session Initiation Protocol)와 SDP(Session Description Protocol)에 의하여 이루어진다. 상기 SIP는 기존의 전화망에서 SS7(Signalling System Number 7)이 수행하던 송수신자 간의 통신 경로를 설정하는 기능을 수행하는 프로토콜이며, 상기 SDP는 상기 SIP를 통해 설정된 통신 경로를 통하여 교환되는 패킷 데이터의 특성을 정의하는 프로토콜이다.

상기와 같이 상기 SIP 및 상기 SDP에 의하여 호가 설정되면, 송수신자의 음성은 샘플링(sampling)되어 RTP(Real Time Protocol)에 실린 뒤, UDP(User Datagram Protocol)/IP를 통하여 전송된다. 상기 UDP는 전송 계층(Transport Layer)에서 사용되는 프로토콜로 비연결성 방식을 사용하며, TCP(Transmission Control Protocol)보다 패킷의 헤더가 간단하고, 부하가 걸리지 않는 장점으로 인하여 음성이나 동영상 등의 실시간 전송에 사용되는 프로토콜이다. 이하, 도 1을 참조하여 IEEE 802.16 시스템에서의 VoIP 서비스 제공 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

도 1은 일반적인 IEEE 802.16 시스템에서의 VoIP 서비스 제공을 위한 시스템 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, VoIP 서비스 제공을 위한 IEEE 802.16 시스템은, 다수의 이동 단말기(MS, Mobile Station)들(101)과, 기지국(BS, Base Station)(103)과, IP 코어 망(IP Core Network)(105)(111)과, SIP 프락시 서버(SIP Proxy Server)(107)와, IP 라우터(Router)(109) 및 다수의 클라이언트(Client)들(113)을 포함하여 이루어진다.

상기 도 1에 도시한 바와 같이, IEEE 802.16 시스템에서 임의의 사용자는 소정의 이동 단말기(101)를 이용하여 VoIP 서비스를 상기 기지국(103)으로 요청한다. 상기 기지국(103)은 상기 이동 단말기(101)로부터 VoIP 서비스를 요청 받으면, MAC 계층에서의 스케줄링(scheduling)을 통하여 상기 이동 단말기(101)에게 VoIP 패킷을 전송할 무선 자원을 할당한다. 상기 이동 단말기(101)는 상기 기지국(103)에서 할당한 무선 자원을 통해 상기 이동 단말기(101)의 VoIP 패킷이 타겟으로 하는 소정의 클라이언트(113)로 전송한다.

이때, 상기 VoIP 서비스를 위한 세션의 생성 또는 해제는 SIP 메시지를 통해 이루어지며, 상기 SIP 메시지는 상기 SIP 프락시 서버(107)를 통하여 전달된다. 이하, 상기 SIP 메시지를 이용한 상기 VoIP 세션 형성 및 해제 과정을 살펴보면 다음과 같다.

상기와 같이, 상기 VoIP 세션의 형성과 해제는 통신을 수행하는 양단(peer) 예컨대, 상기 이동 단말기(101)와 기지국(103)간의 SIP 메시지 교환을 통하여 이루어진다. 상기 VoIP 세션을 시작하고자 하는 쪽 예컨대, 상기 이동 단말기(101)에서 원하는 QoS에 대한 정보 등을 가지는 SDP 오퍼(offer)를 SIP INVITE 메시지에 포함하여 전송한다. 그러면 상대편 예컨대, 상기 기지국(103)에서는 이에 대한 응답으로 자신의 QoS 정보 등을 가지는 SDP 응답(answer)을 SIP 200 OK 메시지에 포함하여 전송한다. 그러면, 상기 이동 단말기(101)는 상기 SIP 200 OK 메시지에 대한 응답으로 SIP ACK 메시지를 상기 기지국(103)으로 전송함으로써, 상기 이동 단말기(101)와 상기 기지국(103)간 VoIP 세션이 형성된다.

다음으로, 상기와 같이 형성된 VoIP 세션을 해제할 때는, 통신을 수행하는 양단 예컨대, 상기 이동 단말기(101)와 기지국(103) 중 어느 하나가 SIP BYE 메시지를 보내고 이를 수신한 상대편, 예컨대 상기 이동 단말기(101) 또는 기지국(103)으로부터 SIP 200 OK 메시지를 수신함으로써, 상기 SIP 세션을 해제한다.

다음으로, 상기 IP 라우터(109)에서는 상기와 같이 SIP 메시지 교환에 의하여 VoIP 세션이 형성되면, 상기 VoIP 세션 송수신 과정에서 전달되는 상기 VoIP 패킷 즉, 음성 신호에 대하여 패킷화하여 RTP에 추가한다. 상기 RTP 실리는 상기 패킷은 상기한 UDP를 이용하여, IP 라우팅을 이용하여 통신을 수행하는 상기 이동 단말기(101)와 상기 기지국(103) 사이에서 교환된다.

다음으로, 상기와 같은 절차를 통해 상기 이동 단말기(101)가 전달하는 VoIP 패킷은, 상기 VoIP 패킷이 타겟으로 하는 클라이어트(113)로 전달된다. 여기서, 상기 클라이언트(113)들은, 예컨대, 이동 단말기, 컴퓨터 또는 PSTN(Public Switched Telephone Network)과 접속하는 게이트웨이가 될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 IEEE 802.16 시스템에서는, 상기 기지국에서 각각 다른 서비스를 요구하는 이동 단말기들에게 상술한 바와 같은 4가지 종류의 스케줄링 즉, UGS(Unsolicited Grant Service), rtPS(Real-Time Polling Service), nrtPS(non-Real-Time polling Service) 및 BES(Best Effort Service)을 이용한 스케줄링을 수행하여 무선 구간에서의 QoS를 보장한다.

이때, 통상적으로 상기 IEEE 802.16 시스템에서 상기 이동 단말기에 의한 서비스 요청은 IP 상위 계층에서 정의된다. 즉, 상기 이동 단말기가 VoIP 서비스를 요청하게 되면, 상기 서비스 요청은 SIP 메시지로 생성되고, 상기 SIP 메시지는 IP 계층의 패킷 페이로드(Packet Payload)로서 전달되게 된다. 이때, MAC 계층에서는 상기 IP 계층의 페이로드인 상기 SIP 메시지의 내용을 알 수가 없으므로 VoIP 세션과 관련된 정보를 상위 계층으로부터 전달받을 수 없게 된다.

따라서, 상기와 같은 종래의 방식에서는 사용자가 이동 단말기를 이용하여 VoIP 서비스를 요청하였을 때, 스케줄링을 수행하는 MAC 계층에서 VoIP 서비스의 시행 여부를 판단할 기준이 없다. 그러나, IEEE 802.16 시스템에서는 상기 UGS 스케줄링을 위해서는 하기와 같이 QoS 파라미터들이 반드시 규정되어야 한다고 정의하고 있다.

먼저, IEEE 802.16 시스템에서 상기 이동 단말기가 발생하는 최대 데이터량인 "Maximum Sustained Traffic Rate", IEEE 802.16 시스템에서 상기 이동 단말기 혹은 상기 기지국의 인터페이스로 패킷이 입력되어, 무선 주파수(Radio Frequency, 이하 'RF'라 칭하기로 한다)를 통해 무선 링크로 전송될 때까지의 최대 지연인 "Maximum Latency", 해당 연결에서 패킷 사이의 시간적 간격의 최대치인 "Tolerated Jitter" 및 PDU(Protocol Data Unit)의 생성 방법과 상향 링크 전송 방식에 대한 규정인 "Request/Transmission Policy"를 정의하고 있다.

상술한 바와 같이 상기 기지국에서는 상기 이동 단말기로부터 전달된 상기 QoS 파라미터를 바탕으로, VoIP 서비스를 사용하는 이동 단말기들에 대하여 UGS 스케줄링을 수행한다. 즉, 일반적인 IP 데이터 서비스에 비하여 VoIP 서비스는 높은 수준의 QoS를 요구한다. 따라서 패킷화된 음성을 정확하게 전달하기 위해서 VoIP 세션동안 상기 기지국은 상기 이동 단말기에게 항상 상기 "Maximum Sustained Traffic Rate" 이상의 무선 구간 대역폭을 제공하여야 한다. 또한 VoIP 패킷들이 상기 "Maximum Latency" 이하의 지연을 가지면서, 상기 "Tolerated Jitter"보다 작은 지연 변화율을 가지도록 보장하여 주어야 한다. 이와 같은 QoS를 VoIP 서비스를 사용하는 모든 이동 단말기에게 보장하기 위해서는 복잡한 스케줄링이 수행되어야 한다.

하지만, 종래 기술에서는 상기 이동 단말기가 상기 기지국에게 상기 QoS 파라미터를 제공할 수 있는 방안이 제시되어 있지 않다. 따라서, 상기 기지국은 BE(Best Effort) 스케줄링을 이용하여 각각의 이동 단말기들에게 할당할 수 있는 최대의 대역폭을 할당한다. 이와 같은 종래의 방안은 VoIP 서비스를 요구하는 이동 단말기들의 개수가 증가하게 되면, 모든 이동 단말기의 QoS가 떨어진다는 문제점을 가진다. 또한 각기 다른 서비스를 이용한 이동 단말기들에 대하여 차별성을 줄 수 없다는 문제점을 가진다.

다시 말해, 상기와 같이 종래 기술에서는 이동 단말기에서 VoIP 서비스를 시작할 때, 이를 MAC 계층에 통보할 수 있는 방안이 마련되지 않았으며, MAC 계층에서 VoIP 서비스 품질에 해당하는 정확한 서비스 품질 파라미터 값을 규정하는 방안이 제시되어 있지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 실시간 패킷 서비스의 서비스 품질을 보장할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 단말기에 의한 실시간 패킷 서비스를 제공할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 단말기에서 실시간 패킷 서비스를 제공하기 위한 서비스 품질 파라미터의 매핑 방법 및 이를 전송하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동 단말기에서 VoIP 서비스를 위한 서비스 품질 파라미터를 정의하여 VoIP 서비스의 서비스 품질을 보장할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동 단말기에서 VoIP 서비스를 시작할 때, 이를 MAC 계층에서 통보할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동 단말기의 MAC 계층에서 VoIP 서비스 품질에 해당하는 정확한 서비스 품질 파라미터 값을 설정하는 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법은; 휴대 인터넷 시스템에서 이동 단말기의 실시간 패킷 서비스 처리 방법에 있어서, 상기 이동 단말기는 실시간 패킷 서비스 요청을 위한 요청 메시지를 생성하여 전송하는 과정과, 상기 요청 메시지에 상응하는 응답 메시지를 수신하면, 상기 실시간 패킷 서비스를 위한 무선 자원 할당을 요청하는 과정과, 상기 무선 자원 할당 요청에 대한 응답을 수신하면, 상기 할당되는 무선 자원을 통해 상기 실시간 패킷을 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법은; 휴대 인터넷 시스템에서 기지국의 실시간 패킷 서비스 처리 방법에 있어서, 소정의 유선 구간으로부터 수신되는 IP 패킷의 출발지 주소를 검사하는 과정과, 상기 IP 패킷의 출발지 주소가 SIP 프락시 서버의 IP 주소를 가지면, 상기 IP 패킷을 분석하는 과정과, 상기 IP 패킷 분석 결과 상기 IP 패킷의 SIP 메시지가 SIP INVITE 메시지이면, SDP Offer의 VoIP 세션의 QoS 정보를 획득하는 과정과, 상기 획득한 QoS 정보를 바탕으로 UGS 스케줄링을 수행하는 과정과, 상기 UGS 스케줄링 결과에 상응하여 DSA-REQ 메시지를 생성하여 이동 단말기로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 바람직한 실시 예를 첨부한 도면의 참조와 함께 상세히 설명 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

통상적으로, VoIP(Voice over IP) 서비스는 실시간으로 음성을 패킷에 실어서 전송하는 서비스로서, 패킷 기반의 인터넷 프로토콜(Internet Protocol, 이하 'IP'라 칭하기로 한다) 데이터 망에서 기존의 전화 서비스를 대체하기 위하여 개발되었다. 본 발명에서는 이러한 VoIP 서비스의 서비스 품질(Quality of Service)을 보장할 수 있는 방법을 제공한다. 즉, 제안하는 본 발명에서는 IETF RFC(Internet Engineering Task Force Request for Comments)에서 정의된 SDP(Session Description Protocol)의 파라미터를 기반으로 IEEE(Institute of Electronics Engineers) 802.16 시스템에서 정의된 UGS(Unsolicited Grant Service)의 QoS 파라미터를 새롭게 정의하고, 이를 통해 상기 IEEE 802.16 시스템에서 이동 단말기에 의한 VoIP 서비스를 구현할 수 있도록 한다.

또한 본 발명에서는 VoIP 서비스의 QoS 보장을 위한 QoS 파라미터 매핑 방안을 제안한다. 즉, 본 발명에서는 상기 IEEE 802.16 시스템에서 정의되는 프로토콜들을 이용하여 VoIP 서비스의 QoS를 보장받기 위해 매체 접속 제어(Medium Access Control, 이하 'MAC'라 칭하기로 한다) 계층의 QoS 파라미터를 설정하는 방안을 제안한다.

본 발명의 실시예에서는 와이브로(Wibro) 시스템에서 VoIP 서비스를 수행하기 위해 상기 IEEE 802.16 시스템에서 정의되는 트래픽 레이트(Traffic Rate), 지 연 값(Latency Value), 지연 변동값(jitter) 등의 파라미터들의 설정 방안을 제안한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 파라미터들을 구체적으로 어떤 메시지에서 어떤 값으로 매핑할 지를 제안하고, 또한 상기 QoS 파리미터들의 해당 값을 검색하여 무선 환경에 상응하는 해당 값으로 계산하여 사용하는 구현 방법을 제안한다.

이하 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 VoIP 서비스 제공을 위하여, 상기 VoIP 서비스를 제공받는 이동 단말기와, 상기 VoIP 서비스 제공을 위하여 스케줄링을 수행하는 기지국의 동작 방법을 제안한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 상기 이동 단말기는 VoIP 서비스를 제공받는 어플리케이션 계층(Application Layer), 전송 계층(Transport Layer), 네트워크 계층(Network Layer) 및 MAC 계층으로 나누어 동작을 수행하고, 상기 기지국은 상기 MAC 계층에서 동작을 수행한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스 제공을 위한 VoIP 세션 협상 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 2를 설명하기에 앞서, 상기 도 2에서는 VoIP 서비스를 위해 이동 단말기가 VoIP 서비스를 요청하고, 상기 이동 단말기가 VoIP 서비스를 종료하는 경우의 실시예를 나타낸다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니므로, 상기 기지국에서 상기 VoIP 서비스를 요청하고, 상기 기지국에서 VoIP 서비스를 종료하는 경우와 같이 다양한 실시예에도 적용 가능함은 물론이다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저 이동 단말기(210)에서 VoIP 서비스를 수행하고자 하면, 상기 이동 단말기(210)는 SIP INVITE 메시지를 기지국(220)으로 전송한다 (201단계). 이때, 상기 SIP INVITE 메시지에는 상기 이동 단말기(210)에서 원하는 QoS에 대한 정보 등을 가지는 SDP Offer를 포함하여 전송된다. 상기 SDP Offer는 상기 VoIP 서비스를 위한 상대측 즉, 상기 이동 단말기(210)와 VoIP 서비스를 수행하는 타겟 단말기 예컨대, 상기 이동 단말기와 다른 단말기, 인터넷 전화 단말기 및 VoIP 기능을 가지는 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer) 등의 IP 주소와 상기 타겟 단말기의 사용 포트 번호 및 상기 이동 단말기(210)가 수행하기 위한 VoIP 서비스의 QoS 정보 등이 포함된다.

다음으로, 상기 SIP INVITE 메시지를 수신한 상기 기지국(220)은 상기 수신한 SIP INVITE 메시지에 상응하는 SIP 200 OK 메시지를 상기 이동 단말기(210)로 전송한다(203단계). 상기 SIP 200 OK 메시지는 상기 SDP Offer에 상응하는 SDP Answer를 포함하여 전송된다. 여기서, 상기 SDP Answer에는 상기 SDP Offer와 동일한 정보가 포함된다. 하지만, 시스템 상황에 상응하여 QoS 정보의 세부 값들이 변할 수도 있다. 일반적으로, 성공적인 VoIP 세션의 협상이 이루어지면, 상기 SDP Offer와 SDP Answer는 동일한 내용을 가지게 된다.

다음으로, 상기와 같이 상기 이동 단말기(210)와 상기 기지국(220)간 SDP Offer 및 상기 SDP Answer에 대한 협상이 완료되면, 상기 이동 단말기(210)는 SIP ACK 메시지를 상기 기지국(220)으로 전송한다(205단계).

다음으로, 상기 이동 단말기(210)는 상기 SIP ACK 메시지 전송 후, 상기 SDP를 통해 협상된 정보에 상응하여 상기 이동 단말기(210) 자신에게 요청되는 QoS 파라미터를 계산하고(207단계), 이후 상기 계산된 결과 값을 포함하는 MAC 관리 메시 지인 DSA-REQ 메시지를 생성하여 상기 기지국(220)으로 전송한다(209단계).

그러면, 상기 기지국(220)은 상기 이동 단말기(210)에서 전송되는 DSA-REQ 메시지를 수신하고, 상기 수신한 DSA-REQ 메시지에 상응하여 상기 이동 단말기(210)에 대한 스케줄링을 결정하여, 그에 따른 스케줄링을 수행한다(211단계).

다음으로, 상기 기지국(220)은 상기 스케줄링에 대한 결과를 상기 DSA-REQ 메시지에 상응하는 DSA-RSP 메시지를 이용하여 상기 이동 단말기(210)에게 통보한다(213단계). 즉, DSA-REQ 메시지 및 상기 DSA-RSP 메시지 송수신을 통해, 상기 VoIP 서비스의 트래픽 송수신에 사용될 무선 자원이 할당된다. 또한 상기와 같이 DSA-REQ 메시지 및 상기 DSA-RSP 메시지의 교환이 완료되면, 상기 이동 단말기(210)와 상기 기지국(230)간 VoIP 세션이 시작된다.

다음으로, 상기 이동 단말기(210)는 상기 기지국(220)으로부터 상기 DSA-RSP 메시지를 수신하면, VoIP 서비스를 위한 세션이 형성 즉, 서비스 플로우가 생성됨을 인지하고, 상기에서 할당된 무선 자원을 통해 상기 기지국(220)과 상기 VoIP 서비스 트래픽을 교환한다(217단계 내지 219단계). 이때, 상기 VoIP 서비스 트래픽은 RTP에 실려서 교환되며, 상기 RTP의 QoS는 UGS 스케줄링에 의하여 보장받게 된다. 통상적으로, 아날로그 음성 데이터를 디지털로 샘플링하여 전송하는 VoIP 트래픽은 다음과 같은 트래픽 특성을 가진다. 즉, 1)일정한 간격마다 발생하고, 2)일정한 크기의 데이터가 발생하며, 3)실시간성을 가진다. 따라서, 상기 트래픽을 전송하기 위해 제안된 RTP 패킷 역시도 동일한 특성 즉, 상기 1) 내지 3)을 가지게 된다. 이에 상기 UGS 스케줄링의 특성은 1)일정한 시간마다 2)특정한 서비스의 패킷을 전송 하는 것을 보장하는 데에 있다. 따라서, 상기 UGS 스케줄링을 사용함으로써, VoIP 트래픽을 적절하게 전송하는 것이 가능하다.

다음으로, 상기 이동 단말기(210)는 상기 VoIP 서비스 트래픽 전송이 완료되면, 즉, VoIP 서비스가 종료되면, SIP BYE 메시지를 상기 기지국(220)으로 전달한다(221단계). 그러면 상기 기지국(220)은 상기 SIP BYE 메시지에 대한 응답으로 SIP 200 OK 메시지를 상기 이동 단말기(210)로 전달한다(223단계).

다음으로, 상기 이동 단말기(210)는 상기 SIP 200 OK 메시지를 수신하면, DSA-REQ 메시지를 상기 기지국(220)으로 전송한다(225단계). 상기 DSA-REQ 메시지를 수신한 상기 기지국(220)은 상기 DSA-REQ 메시지에 상응하는 DSA-RSP 메시지를 상기 이동 단말기(210)로 전송한다(227단계). 상기와 같이 상기 DSA-REQ 메시지 및 상기 DSA-RSP 메시지의 교환이 완료되면, 상기 이동 단말기(210)와 상기 기지국(220)간 VoIP 세션이 종료된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스 요청 및 VoIP 서비스를 종료 절차를 통한 VoIP 서비스 과정에 대하여 설명하였으며, 다음으로 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 지원하기 위한 이동 단말기의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 지원하기 위한 이동 단말기의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 3을 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기는 VoIP 서비스를 제공받기 위하여 다음과 같은 프로토콜을 지원한다. 즉, 응용 계층 프로 토콜(Application Layer Protocol)인 SIP(Session Initiation Protocol) 및 SDP(Session Description Protocol)와, 전송 계층 프로토콜(Transport Layer Protocol)인 TCP(Transmission Control Protocol) 및 UDP(User Datagram Protocol), 네트워크 계층 프로토콜(Network Layer Protocol)인 IP(Internet Protocol) 및 기지국과 통신하기 위한 MAC 계층 프로토콜을 지원한다.

상기 도 3을 참조하면, 먼저, 301단계에서 상기 이동 단말기는 VoIP 서비스 요청을 위해 SIP INVITE 메시지를 생성하여 TCP/IP를 통해 상기 SIP INVITE 메시지가 타겟으로 하는 기지국으로 전송하고 303단계로 진행한다. 이때, 상기 SIP INVITE 메시지에는 상기 이동 단말기 자신이 원하는 QoS에 대한 정보 등을 가지는 SDP Offer를 포함한다.

상기 SDP Offer는 상기 VoIP 서비스를 위한 상대측 예컨대, 기지국의 IP 주소와 상기 기지국의 사용 포트 번호 및 VoIP 서비스의 QoS 정보 등이 포함된다. 즉, 상기 이동 단말기는 상기 이동 단말기 자체에 탑재되는 VoIP 응용 프로그램을 통해 상기 SIP INVITE 메시지를 생성한다. 상기 이동 단말기에서 상기 응용 프로그램 등을 포함하는 내부 구조는 하기 도 5를 통해 설명하므로, 여기서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때 상기 응용 프로그램에서 요청하는 데이터 특성을 상기 SDP Offer의 형태로 표현하여 상기 SIP INVITE 메시지에 첨부한다. 즉, 상기 SDP Offer는 상기 VoIP 응용 프로그램에서 사용하는 코덱(codec)에 대한 정보와, 패킷화된 음성의 품질 및 샘플링 방식 등의 정보를 미리 정의된 스크립트를 이용하여 전달한다. 이러한 데이터 특성을 SDP 스크립트로 표현한 것을 SDP Offer라 한다.

상기 303단계에서 상기 이동 단말기는 상기 SIP INVITE 메시지에 대한 응답 수신을 대기한다. 즉, 상기 이동 단말기는 상기 기지국으로부터 상기 SIP INVITE 메시지에 상응하는 SIP 200 OK 메시지 수신을 대기한다. 여기서, 상기 SIP 200 OK 메시지에는 상기 SDP Offer에 상응하는 SDP Answer를 포함한다.

이어서, 상기 303단계에서 상기 기지국으로부터 상기 SIP 200 OK 메시지가 수신되면, 상기 이동 단말기는 305단계로 진행한다. 상기 305단계에서 상기 이동 단말기는 상기 SIP 200 OK 메시지가 수신되면, SIP ACK 메시지를 상기 기지국으로 전송한 후 307단계로 진행한다.

상기 307단계에서 상기 이동 단말기는 상기 SIP ACK 메시지 전송 후, MAC 계층에서 관리하는 MAC 관리 메시지인 DSA-REQ 메시지를 생성하여 상기 기지국으로 전송한다. 즉, 상기 이동 단말기는 상기 DSA-REQ 메시지를 통해 상기 기지국에게 VoIP 서비스를 위한 새로운 연결 즉, VoIP 패킷 전송을 위한 새로운 경로 설정을 요청한다. 상기 MAC 계층에서 상기 DSA-REQ 메시지의 생성과 관련된 상세한 동작은 하기 도 4를 참조하여 설명되므로, 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

다음으로, 상기 이동 단말기는 상기 307단계에서 상기 DSA-REQ 메시지 전송 후, 309단계로 진행하여 상기 DSA-REQ 메시지에 대한 응답을 대기한다. 즉, 상기 309단계에서 상기 이동 단말기는 상기 DSA-REQ 메시지에 상응하는 DSA-RSP 메시지 수신을 대기한다. 이어서, 상기 DSA-REQ 메시지에 대한 응답인 상기 DSA-RSP 메시지가 수신되면, 상기 이동 단말기는 311단계로 진행한다.

상기 311단계에서 상기 이동 단말기는 상기 기지국과의 새로운 연결 즉, 상 기 기지국에서 VoIP 패킷 전송을 위해 할당되는 무선 자원을 통하여 VoIP 패킷을 송신한다. 이때, 상기 VoIP 패킷은 상기 이동 단말기의 코덱(codec)을 이용하여 사용자의 음성을 패킷화하여 RTP에 탑재한 뒤, UDP/IP를 이용하여 전송된다. 즉, 상기 코덱은 아날로그 음성 데이터를 샘플링하여 디지털 데이터로 만드는 기능을 가지며, 상기 RTP는 상기 과정에서 발생된 디지털 데이터를 페이로드(payload)로 하여 RTP 패킷을 생성하여 전송한다.

그러면 이하에서는, 상기 DSA-REQ 메시지의 생성 과정에 대하여 하기 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 지원하기 위한 이동 단말기의 MAC 계층에서의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 4를 설명하기에 앞서, MAC 계층에서는 수신된 IP 패킷의 목적지 주소를 검사하지 않고는 IP 패킷이 SIP 메시지를 포함하는 패킷인지 아닌지를 알 수가 없다. 따라서, 이하에서는 상기한 의미에서 IP 패킷을 명명한다. 즉, 이하에서 상기 IP 패킷은 VoIP 트래픽을 포함하는 IP 패킷이 아니라, SIP 메시지를 포함하는 IP 패킷을 의미한다.

상기 도 4를 참조하면, 먼저, 401단계에서 상기 이동 단말기의 MAC 계층에서는 그보다 상위의 네트워크 계층 예컨대, IP 계층으로부터 IP 패킷을 수신하고 403단계로 진행한다. 상기 403단계에서 상기 이동 단말기는 상기 IP 패킷을 수신하면, 상기 수신한 IP 패킷의 목적지 주소를 검사한 후 405단계로 진행한다. 즉, 상기 이 동 단말기는 상기 IP 패킷을 수신하면, MAC 계층의 CS(Convergence Sublayer)에서 상기 VoIP 패킷의 목적지 주소를 검사한다. 여기서, 상기 CS는 네트워크 계층과 MAC 계층 사이에 존재하며, IP 패킷을 MAC 계층에 전달하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 CS는 와이브로(Wibro)에서는 IP 패킷의 목적지 주소에 따라서 패킷을 분류하는 기능을 수행한다.

이때, 상기 CS에서는 상기 IP 패킷의 목적지 주소를 이용하여 상기 IP 패킷이 전송되는 해당 연결 즉, SIP 패킷을 전송하는데 사용되는 CID(Connection ID)를 확인할 수 있다. 즉, 와이브로 시스템에서 상기 이동 단말기의 CS에서는 패킷을 분류하여 상위 계층에서 전달되는 IP 패킷이 MAC 계층의 어떤 CID를 통하여 전송되는지를 판단한다.

또한 상기 IP 패킷의 목적지 주소는 해당 서비스의 종류를 판단하는데 사용할 수 있다. 즉, VoIP 서비스가 가능한 이동 단말기는 초기 망 진입시에 SIP 프락시 서버(Proxy Server)의 IP 주소를 기지국으로부터 다운로드 받는다. 이때, 이동 통신 사업자가 사용하는 '미리 정의된 SIP 프락시 서버(predefined SIP proxy server)' 예를 들면, 상기 도 1에 나타낸 SIP 프락시 서버의 IP 주소는 시스템 설정에 상응하게 특정한 값으로 설정되어 있다. 따라서, 상기 IP 패킷의 목적지 주소가 상기 predefined SIP 프락시 서버의 IP 주소와 일치하는 IP 패킷은 SIP 메시지를 탑재하고 있다고 판단하게 된다.

상기 403단계에서 상기 IP 패킷의 목적지 주소 검사 결과, 상기 IP 패킷의 목적지 주소가 'predefined SIP proxy server'의 IP 주소와 일치하면, 상기 이동 단말기는 405단계로 진행한다. 상기 405단계에서는 상기 403단계에서 일치하는 IP 패킷을 분석(parsing)한다. 이때, 상기 해당 IP 패킷의 분석은 상기 이동 단말기내 CS에서 수행하며, 상기 SIP 메시지를 탑재한 상기 IP 패킷의 구조는 하기 <표 1> 및 <표 2>와 같이 나타낼 수 있다.

상기 <표 1>에 나타낸 바와 같이, 상기 <표 1>은 SIP 메시지를 전달하는데 사용되는 상기 IP 패킷의 구조를 나타낸 것이다. 상기 <표 1>을 참조하면, 상기 SIP 메시지 전송을 위한 IP 패킷은 IP 헤더(header), TCP 헤더, SIP 파라미터 및 SDP 파라미터를 포함하며, 상기 SDP 파라미터는 옵션(optional)으로 포함된다. 상기 <표 1>에서와 같이 상기 SIP 메시지의 종류는 SIP 파라미터 영역에서 표시되고, VoIP 세션의 QoS 정보는 SDP 파라미터 영역에서 표시된다.

한편, 상술한 바와 같이 상기 <표 1>의 상기 SIP 메시지는 VoIP 세션을 형성하기 위한 호 설정에 사용된다. 이때, 상기 SDP 파라미터를 이용하여 세션에서 교환되는 VoIP 데이터 트래픽의 QoS를 협상한다. 이후 세션이 형성되면, 하기 <표 2>의 VoIP 패킷을 이용하여 실제 패킷화된 음성 데이터를 교환하게 된다.

상기 <표 2>에 나타낸 바와 같이, 상기 <표 2>는 VoIP 트래픽을 전송하기 위한 VoIP 패킷의 구조를 나타낸 것이다. 상기 <표 2>를 참조하면, 상기 VoIP 트래픽 전송을 위한 VoIP 패킷은 IP 헤더, UDP 헤더, RTP 헤더 및 SDP 페이로드를 포함하며, 상기 RTP 페이로드(payload)에는 코덱에 의하여 패킷화된 음성 데이터가 탑재된다. 이때, 상기 RTP는 상기 음성 데이터 교환 과정에서, 상기 음성 데이터를 실어 나르는 역할을 담당한다.

다음으로, 상기 405단계에서와 같이 상기 CS에서 상기 IP 패킷 분석을 통해 407단계에서 SIP 메시지의 타입(type)을 판단한다. 즉, 상기 407단계에서는 상기 IP 패킷 분석을 통해 SIP 메시지의 타입이 SIP INVITE 메시지인지를 판단한다. 이때, 상기 이동 단말기는 상기 SIP INVITE 메시지를 비롯하여, SIP ACK 메시지, SIP BYE 메시지 및 SIP 200 OK 메시지의 4가지 SIP 메시지를 전송할 수 있다. 상기 4가지 SIP 메시지 중에서 VoIP 세션의 QoS 정보를 가지고 있는 메시지는 상기 SIP INVITE 메시지이다. 따라서, 상기 407단계에서는 상기 IP 패킷 분석을 통해 상기 IP 패킷에 상응하는 SIP 메시지의 타입이 SIP INVITE 메시지인지를 판단하게 된다.

상기 407단계에서의 판단결과 상기 SIP 메시지의 타입이 상기 SIP INVITE 메시지인 경우에는 즉, 상기 이동 단말기가 전송하는 IP 패킷이 SIP INVITE 메시지를 가지고 있을 경우 409단계로 진행한다. 409단계에서 상기 CS에서는 상기 SIP INVITE 메시지에 추가되어 있는 SDP Offer의 내용을 분석한다. 이때, 상기 이동 단말기는 상기 분석된 상기 SDP Offer의 내용에 상응하여 QoS 파라미터를 설정한다. 여기서, 상기 SDP Offer에 기반한 상기 QoS 파라미터 설정은 다음과 같다.

첫 번째, Maximum Sustained Traffic Rate: SDP에서는 VoIP 세션에서 요구되는 대역폭을 정의하고 있다. 상기 값은 상기 SDP의 Media Description의 대역폭 파라미터로 표현된다. 상기 Media Description 대역폭 파라미터는 상기 VoIP 세션을 유지하기 위해 보장되어야 하는 대역폭을 지정하는 인수를 의미한다. 이에 상응하여 본 발명의 실시예에서 상기 이동 단말기는 DSA-REQ의 Maximum Sustained Traffic Rate 값을 상기 대역폭 파라미터의 값으로 설정한다.

두 번째, Maximum Latency: 상기 SDP에서는 RTP 페이로드의 길이를 정의하고 있다. 상기 값은 상기 SDP Media Description의 페이로드 프로파일(Payload Profile)의 피타임(ptime) 파라미터로 표현되며, RTP 페이로드에 탑재된 음성 데이터의 길이를 의미하며, msec 단위를 가진다. 여기서, 상기 피타임은 상기 RTP 패킷 하나에 탑재되어 있는 음성 데이터의 시간적 길이를 지정하는 인수를 의미한다. 모든 IP 패킷은 무선 구간으로 발신되기 위하여 최대 1 MAC 프레임 길이(frame length)만큼의 대기 시간을 가지게 된다. 따라서 상기 IP 패킷이 무선 인터페이스를 통하여 발신되는데 소요되는 지연은 상기 IP 패킷의 크기와 프레임 길이의 합으로 나타낼 수 있다. 이때, 상기 IP 패킷의 길이는 IP 헤더, UDP 헤더, RTP 헤더의 길이와 상기 피타임 파라미터의 값의 합으로 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 상기 이동 단말기는 상기 DSA-REQ 메시지의 상기 Maximum Latency 값을 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.

상기 <수학식 1>을 살펴보면, 상기 "IP header length + UDP header length + RTP header length"는 VoIP 패킷의 총 길이를 나타내며, 상기 값에 상기 bandwidth를 곱하면 상기 IP 패킷이 전송되는데 걸리는 시간이 된다. 여기서, 상기 IP 패킷의 데이터가 재생되는 시간 피타임(ptime)을 더하면 "유선 구간에서 고려 가능한 전체 지연"을 획득할 수 있다. 또한 통상적으로, 와이브로에서는 무선 구간을 포함하므로, 상기 무선 구간에서의 최대 지연인 1 프레임 전송 지연, "frame length in time"를 더한다. 그러면 유무선을 고려한 전체 지연을 획득할 수 있다.

세 번째, Tolerated Jitter: 상기 IP 패킷이 이동 단말기에 도착하여 음성으로 출력되고 있는 동안 후속 IP 패킷이 도착하면, 상기와 같이 연속적인 두 패킷에 대한 성공적인 음성 출력을 위한 처리가 필요하다. 따라서, 상기 성공적인 음성 출력을 위하여 상기 IP 패킷은 그 이전의 VoIP 패킷보다 시간적으로 RTP 페이로드에 탑재된 음성 데이터 길이에 상응하는 피타임 전후에 도착하여야 한다. 따라서 음성 출력에 지장을 주지 않는 무선 구간에서의 IP 패킷의 최대 지터(jitter)는

이 된다. 통상적으로, 인터넷 전화의 표준화 기관인 ITU(International Telecommunication Union)에서 규정한 양단간 단방향의 VpIP 최대 지연은 300msec 값을 가진다. 결론적으로, 본 발명의 실시예에서 상기 이동 단말기는 상기 DSA-REQ 메시지의 상기 Tolerated Jitter 값을 하기 <수학식 2>와 같이 설정한다.

ToleratedJitterValue=2*ptime

네 번째, Request/Transmission Policy: MAC 계층의 스케줄링에 의하여 결정되는 값으로, 본 발명의 실시예에서 상기 이동 단말기는 상기 DSA-REQ 메시지의 상기 Request/Transmission Policy 값을 UGS에 해당하는 값으로 설정한다. 여기서, 상기 DSA-REQ 메시지에는 상기 UGS 서비스 요청시 정의되는 상기 Request/Transmission Policy 값들을 서비스에서 사용하는 값으로 지정하며, 상기 값은 VoIP 서비스보다는 MAC 계층의 전송 상태에 영향을 받게 되므로, 이는 본 발명의 범위를 벗어나는 것이므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 상기 409단계에서와 같이 상기 이동 단말기는 상기 분석된 SDP Offer의 내용에 기반하여 상기와 같이 QoS 파라미터를 설정하고, 이후 상기 QoS 파라미터 설정 값에 상응하는 DSA-REQ 메시지를 생성하여 전송하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동 단말기의 내부 블록 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 이동 단말기의 프로토콜 계층은 크게 트래픽부와 제어부로 나누어진다. 먼저, VoIP 서비스를 위한 상기 제어부는 상기 도 5에 나타낸 바와 같이, VoIP 세션을 형성하고 해제하는 SIP와, VoIP 세션의 특성을 표현하는 SDP로 구성된다. 상기 SIP와 SDP는 TCP에 탑재되고, IP를 이용하여 기지국을 통해 상대측으로 전달된다.

다음으로, VoIP 서비스를 위한 상기 트래픽부는 상기 도 5에 나타낸 바와 같이, 사용자의 음성을 디지털화하는 코덱(CODEC)과, 상기 코덱을 통해 디지털화된 음성 데이터를 실시간 전송하는 RTP로 구성된다. 상기 코덱과 RTP는 UDP에 탑재되고, IP를 이용하여 기지국을 통해 상대측으로 전달된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16 시스템에서 VoIP 서비스를 지원하기 위한 기지국의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 6을 설명하기에 앞서, 제안하는 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 동작은 이동 단말기가 VoIP 서비스를 시작하는 경우에는 종래의 일반적인 동작과 동일한 절차를 수행한다. 하지만, 상기 이동 단말기가 아닌 상대측에서 VoIP 서비스를 시작하는 경우 즉, 상기 이동 단말기가 VoIP를 이용한 통화를 수신하는 경우에는, 상기 기지국은 종래와는 달리 상기 도 6과 같은 동작을 수행하게 된다.

상기 도 6을 참조하면, 먼저, 601단계에서 상기 기지국은 유선 구간으로부터 IP 패킷을 수신하고 603단계로 진행한다. 상기 603단계에서 상기 기지국은 상기 IP 패킷을 수신하면, 상기 수신한 IP 패킷의 출발지 주소(IP Source Address)를 검사한 후 605단계로 진행한다. 이때, 상기 기지국은 상기 수신된 IP 패킷이 SIP 메시지를 포함하고 있다면, 상기 IP 패킷의 출발지 주소는 "predefined SIP 프락시 서버" 즉, 상기 도 1에 나타낸 SIP 프락시 서버의 IP 주소를 가지게 된다. 따라서, 상기 IP 패킷의 출발지 주소가 상기 predefined SIP 프락시 서버의 IP 주소와 일치하는 IP 패킷은 SIP 메시지를 탑재하고 있다고 판단하게 된다.

상기 603단계에서 상기 IP 패킷의 출발지 주소 검사 결과, 상기 IP 패킷의 출발지 주소가 상기 predefined SIP 프락시 서버의 IP 주소를 가지면, 상기 기지국은 605단계로 진행한다. 상기 605단계에서 상기 기지국은 상기 IP 패킷이 상기 SIP 메시지를 포함하고 있다고 판단하고, 상기 IP 패킷의 페이로드를 분석(parsing)한 후 607단계로 진행한다. 이때, 상기 IP 패킷의 구조는 상기 <표 1> 및 <표 2>와 같이 나타낼 수 있다.

다음으로, 상기 607단계에서는 상기 605단계에서와 같은 IP 패킷의 페이로드를 분석하여, SIP 메시지의 종류를 판단한다. 즉, 상기 607단계에서는 상기 IP 패킷 분석을 통해 SIP 메시지의 타입이 VoIP 세션의 QoS 정보를 가지는 SIP INVITE 메시지인지를 판단한다.

상기 607단계에서의 판단결과 상기 SIP 메시지의 타입이 상기 SIP INVITE 메시지인 경우에는 즉, 상기 IP 패킷이 SIP INVITE 메시지를 가지고 있을 경우에는 609단계로 진행한다. 상기 609단계에서 상기 SIP 메시지가 SIP INVITE 메시지이면, 내부의 SDP Offer를 분석하여, 상기 SDP Offer에 포함되어 있는 VoIP 세션의 QoS 정보를 획득한다.

다음으로, 611단계에서는 상기 609단계에서와 같이 상기 SDP Offer의 분석을 통해 획득한 상기 VoIP 세션의 QoS 정보를 바탕으로 MAC 스케줄링 파라미터를 결정하고, 상기 MAC 스케줄링 파라미터를 이용하여 UGS 스케줄링을 수행한 후 613단계 로 진행한다. 상기 613단계에서는 상기 UGS 스케줄링 결과에 상응하여 DSA-REQ 메시지를 생성하여 이동 단말기에게 전송한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, IEEE 802.16 시스템에서 정의되는 QoS 파리미터를 새롭게 정의하고, 이를 통해 상기 IEEE 802.16 시스템에서 이동 단말기에 의한 VoIP 서비스를 제공할 수 있다. 상기 이동 단말기에 의한 VoIP 서비스 제공을 통해 기지국에서는 상기 이동 단말기가 요청하는 VoIP 서비스의 QoS를 정확하게 예측할 수 있으며, 이에 상응하여 상기 기지국에서 상기 이동 단말기에 대하여 보다 효율적인 스케줄링을 제공할 수 있는 이점을 가진다. 상기 이동 단말기에 의한 VoIP 서비스 제공을 통해 다수의 이동 단말기들에 대해서도 VoIP 서비스의 QoS를 보장할 수 있으며, 또한 각기 다른 서비스를 이용하는 이동 단말기들에 대한 차별성을 부여할 수 있는 이점을 가진다.

Claims

휴대 인터넷 시스템에서 이동 단말기의 실시간 패킷 서비스 처리 방법에 있어서,

상기 이동 단말기는 실시간 패킷 서비스 요청을 위한 요청 메시지를 생성하여 전송하는 과정과,

상기 요청 메시지에 상응하는 응답 메시지를 수신하면, 상기 실시간 패킷 서비스를 위한 무선 자원 할당을 요청하는 과정과,

상기 무선 자원 할당 요청에 대한 응답을 수신하면, 상기 할당되는 무선 자원을 통해 상기 실시간 패킷을 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 실시간 패킷 서비스 요청을 위한 요청 메시지는 세션 설정 프로트콜 초청(SIP INVITE) 메시지인 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 실시간 패킷 서비스 요청을 위한 요청 메시지는 상기 이동 단말기 자신 이 희망하는 서비스 품질(QoS) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 실시간 패킷 서비스를 위한 무선 자원 할당 요청은 매체 접속 제어(MAC) 계층에서 관리하는 MAC 관리 메시지를 통해 상기 실시간 패킷 서비스를 위한 새로운 연결을 설정을 요청하는 것임을 특징으로 하는 상기 방법.
제4항에 있어서,

상기 MAC 관리 메시지는 동적 서비스 추가 요청(DSA-REQ) 메시지인 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 무선 자원 할당 요청에 대한 응답은 동적 서비스 추가 응답(DSA-RSP) 메시지를 통해 수신하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제1항에 있어서,

상기 무선 자원 할당을 요청하는 과정은,

전송하고자 하는 실시간 패킷의 목적지 주소를 검사하는 과정과,

상기 실시간 패킷의 목적지 주소가 시스템 설정에 따른 인터넷 프로토콜 주소와 일치하면, 상기 실시간 패킷을 분석하는 과정과,

상기 분석을 통해 세션 설정 프로토콜(SIP) 메시지의 타입을 확인하는 과정과,

상기 확인결과 상기 실시간 패킷이 SIP 초청(INVITE) 메시지로 판단되면 상기 메시지에 포함된 정보를 분석하는 과정과,

상기 분석된 정보에 상응하여 상기 실시간 패킷 전송을 위한 서비스 품질 파라미터를 설정하는 과정과,

상기 서비스 품질 파라미터 설정 정보를 포함하는 동적 서비스 추가 요청 메시지를 생성하여 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제7항에 있어서,

상기 서비스 품질 파라미터 설정은 Maximum Sustained Traffic Rate 값을 SDP의 Media Description의 대여폭 파라미터의 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제7항에 있어서,

상기 서비스 품질 파라미터 설정은 Maximum Latency 값을 하기 수학식과 같이 산출되는 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제7항에 있어서,

상기 서비스 품질 파라미터 설정은 Tolerated Jitter 값을 하기 수학식과 같이 산출되는 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.

ToleratedJitterValue=2*ptime
제7항에 있어서,

상기 서비스 품질 파라미터 설정은 Request/Transmission Policy 값을 UGS에 해당하는 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
휴대 인터넷 시스템에서 기지국의 실시간 패킷 서비스 처리 방법에 있어서,

소정의 유선 구간으로부터 수신되는 IP 패킷의 출발지 주소를 검사하는 과정 과,

상기 IP 패킷의 출발지 주소가 SIP 프락시 서버의 IP 주소를 가지면, 상기 IP 패킷을 분석하는 과정과,

상기 IP 패킷 분석 결과 상기 IP 패킷의 SIP 메시지가 SIP INVITE 메시지이면, SDP Offer의 VoIP 세션의 QoS 정보를 획득하는 과정과,

상기 획득한 QoS 정보를 바탕으로 UGS 스케줄링을 수행하는 과정과,

상기 UGS 스케줄링 결과에 상응하여 DSA-REQ 메시지를 생성하여 이동 단말기로 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 상기 방법.
제12항에 있어서,

상기 IP 패킷을 분석하는 과정은, 상기 IP 패킷의 출발지 주소가 SIP 프락시 서버의 IP 주소와 일치하면, 상기 IP 패킷이 SIP 메시지를 포함하는 것으로 판단하고, 상기 IP 패킷을 분석하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제12항에 있어서,

상기 VoIP 세션의 QoS 정보를 획득하는 과정은, 상기 IP 패킷의 분석을 통해 상기 IP 패킷에 포함된 SIP 메시지의 종류를 판단하고, 상기 SIP 메시지가 SIP INVITE 메시지이면, SDP Offer의 분석하여 상기 SDP Offer에 포함된 VoIP 세션의 QoS 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
제12항에 있어서,

상기 UGS 스케줄일을 수행하는 과정은, 상기 획득한 QoS 정보를 바탕으로 MAC 스케줄링 파라미터를 결정하고, 상기 MAC 스케줄링 파라미터를 이용하여 UGS 스케줄링을 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.