KR20140084589A - 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법 및 이의 저장 매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적응적 버퍼 관리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 음성 트래픽의 중요도를 고려하여 음성 서비스를 용량 증가시키는 적응적 버퍼 관리 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 사용자의 음성 정보를 저장하고 있는 음성 패킷의 전달 성공 확률을 증가시키고 음성 패킷이 종단 간에 전달되는 시간을 단축시켜 사용자 측면의 음성 서비스 품질을 증가시킬 뿐만 아니라 망의 음성 서비스 용량을 증가시키는 효과를 가진다.

Description

음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법 및 이의 저장 매체{Adaptive buffer management method and storage medium for increase of voice service capability considering voice traffic importance}

본 발명은 적응적 버퍼 관리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 음성 트래픽의 중요도를 고려하여 음성 서비스를 용량 증가시키는 적응적 버퍼 관리 방법에 대한 것이다.

특히, 음성 서비스가 저장된 버퍼에서 무음 패킷과 유음 패킷을 감지하여 패킷의 중요도를 고려하여 패킷 파기의 우선권을 결정하고 혼잡상황이 발생할 때 패킷 파기의 중요도를 이용하여 패킷을 파기하는 버퍼 관리 방법에 대한 것이다.

또한, 본 발명은 음성 트래픽의 중요도를 고려하여 음성 서비스 용량을 증가시키는 적응적 버퍼 관리 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장 매체에 대한 것이다.

코덱(CODEC)은 coding과 decoding을 합성한 단어로 음성 통신을 위하여 아날로그 신호인 소리를 디지털 정보로 변환하고(coding) 변환된 디지털 정보를 다시 아날로그 음성 신호로 복구하는(decoding) 역할을 수행한다.

코덱에는 대표적으로 G.711인 PCM(Pulse Code Modulation)이나 G.729인 CS-ACELP(Conjugate-Structure Algebraic Code-Excited Linear Prediction), G.723.1 등이 있으며 CDMA(Code Division Multiple Access) 네트워크에서 이용하는 음성 코덱인 EVRC(Enhanced Variable Rate CODEC), GSM(Global System for Mobile communications) 및 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 네트워크에서 이용하는 AMR(Adaptive Multi-Rate) 등이 있다. 음성 정보를 생성하고 수신 측에서 복구하는 과정은 도 1과 같다.

음성 코덱에 따라 샘플링을 수행하는 시간 간격인 샘플링 간격(sampling interval)과 양자화 구간을 어느 수준으로 나누어서 초당 몇 비트의 정보를 보낼 건지에 대한 coding rate가 정해져 있다.

그리고 이에 따라 음성 정보가 실려져 전송되는 음성 패킷(talk-spurt packet)의 크기가 정해지게 된다. 이는 음성 정보를 얼마나 세부적으로 변환 및 압축하여 디지털 정보로 변환하는지에 따라 코덱별로 달라진다.

사용자가 음성통신을 함에 있어서 항상 소리가 발생하는 것은 아니다. 그러나 별도의 기술을 적용하지 않는 경우에 단말은 음성의 발생 여부와 상관없이 소리 정보를 인코딩하여 전송하게 된다.

따라서 실제로 음성 정보가 없음에도 불구하고 일정 크기의 패킷이 주기적으로 전송이 되게 되며 이러한 점은 네트워크의 효율을 감소시키는 원인이 된다.

따라서 음성이 발생하지 않는 무음 구간(silent-period)에는 소리 정보를 전송하지 않는 무음 압신(Silence Suppression; SS) 기술이 개발되었다.

그러나 무선망에서는 무음 구간에 아무것도 전송하지 않게 되면 수신 단말에서는 잡음까지도 발생하지 않는 현상이 나타나며 이렇게 되면 사용자가 연결이 끊어진 것으로 오인할 수 있다.

또한 무선 네트워크에서 음성 통신을 이용하는 경우 무선 자원을 할당해 놓았다가 패킷이 전송되지 않게 되면 음성 통신 세션이 종료되지 않았음에도 불구하고 할당해 놓았던 자원을 해제해 버리는 상황이 발생하게 된다.

따라서 무음 구간에서 패킷을 전송하지 않는 대신 크기가 매우 작은 무음 패킷(silence packet)을 생성하여 전송한다.

무음 압신을 적용하기 위해서는 단말에서 음성 활동 감지(Voice Activity Detection; VAD)와 순응 잡음 생성(Comfort Noise Generation; CNG) 기능이 추가되어야 한다. 이를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다.

도 1을 참조하면, 발신측(100)에 구성되는 VAD(101)는 현재 음성이 발생하고 있는지, 아니면 음성이 없는지를 감지하여 음성 패킷을 생성할지, 무음 패킷을 생성할지 결정하는 알고리즘이다.

수신측(110)에 구성되는 CNG(111)의 경우 사용자가 단말에서 아무런 소리가 들리지 않으면 통신이 끊어졌거나 단말에 이상이 생겼다고 오인을 하기 때문에 일부러 잡음을 재생시켜주는 기능으로 수신 측에서 소리가 없다는 정보인 무음 패킷을 수신하였을 경우에 잡음을 생성하여 사용자에게 들려주게 된다.

음성 통신 수행 중에 음성 패킷이 손실될 경우에는 해당 음성 패킷의 부분을 재생하지 않는 방법을 사용할 수 있으나 네트워크 특성상 음성 패킷의 손실이 자주 발생하는 경우에는 음성 통신의 품질이 떨어지게 된다.

따라서 이를 완화하기 위하여 PLC(Packet Loss Concealment)를 수행하여 손실된 음성 패킷에 대한 부분을 보완하게 된다. PLC는 세부적으로 세 가지 방식 중 한 가지를 이용하게 된다.

삽입(Insertion) 방식은 손실된 패킷에 대한 부분을 무음 또는 잡음으로 추가하여 처리하는 것이며, 보간(Interpolation) 방식은 손실된 부분을 이전의 파형(waveform) 또는 피치 파형(pitch waveform)으로 대체하여 삽입하는 방식이고, 재생성(Regeneration)은 전송 상태 및 이전 전송 기록을 이용하여 손실된 패킷을 재생성하는 방식이다.

도 2는 무음 압신이 적용되는 음성 트래픽의 특성을 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 음성 트래픽은 사용자가 음성을 발생시키는 부분과 소리가 발생하지 않는 부분이 있기 때문에 하나의 주기 동안 유음구간(talk-spurt)(210)과 무음구간(silent-period)(211)이 반복되는 형태로 모델링 된다.

각 구간에서는 음성 패킷 또는 무음 패킷을 일정 크기로 일정 주기마다 생성하여 전송하게 된다.

또한 각 구간에서 코덱 별로 생성되는 음성 패킷/무음 패킷의 크기와 생성 주기는 도 3에 도시된 표와 같다. 도 3은 음성 코덱에 따른 음성 패킷의 크기와 발생 간격을 보여주는 표이다. 도 3에 도시된 표를 참조하면, 상위 계층인 응용계층에서 생성되는 음성 패킷과 무음 패킷의 크기 차이는 코덱에 따라 다르지만 많은 차이가 있다.

따라서 응용 계층에서 보았을 때 무음압신을 적용하게 되면 음성 트래픽의 평균 전송률을 감소시킬 수 있다.

그러나 상위 계층에서 생성된 음성 또는 무음 패킷이 하위 계층으로 내려옴에 따라 패킷 전송에 필요한 각종 정보를 포함하는 헤더들이 추가된다. 이렇게 헤더가 추가됨에 따라 하위 계층의 음성 패킷의 크기는 도 4에 도시된 표와 같이 달라진다. 도 4는 G.729 코덱 사용시 각 계층에서의 음성/무음 패킷 크기 및 그 비율을 보여주는 표이다.

따라서 무음 압신을 적용하더라도 음성 통신의 용량이 크게 늘어나지 않게 된다. 응용 계층에서 생성되는 음성/무음 패킷의 크기는 각각 10 bytes와 2 bytes로 음성 패킷이 무음 패킷보다 5배 크지만, 라우터의 QoS(Quality of Service) 기능이 제공되는 IP 계층에서는 각각 50 bytes와 42 bytes로 음성 패킷이 무음 패킷보다 약 1.19배 밖에 커지지 않게 된다.

다시 말해, 음성 패킷과 무음 패킷이 버퍼에 동시에 존재할 때 하나의 음성 패킷이 버퍼를 차지하는 비중과 하나의 무음 패킷이 버퍼를 차지하는 비중이 거의 동일하다.

따라서 버퍼가 가득 찼을 때 무음 패킷을 우선적으로 버리게 되면 거의 비슷한 양의 음성 패킷이 추가적으로 네트워크에 유입될 수 있게 되며 이로 인해 음성 통신 용량 증대가 가능하다. 그러므로, 이러한 통신 용량을 증대시킬 수 있는 방식이 요구되고 있다.

1. 한국공개특허번호 제10-2012-0088297호 2. 한국공개특허번호 제10-2009-0024332호

본 발명은 위에서 기술한 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 무음압신을 사용하는 음성 트래픽이 망에 전달될 때 음성 서비스 용량을 증가시키기 위한 적응적 버퍼 관리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 음성 트래픽을 우선적으로 처리하는 망에서 혼잡이 발생하여 음성 서비스의 지연이 증가할 때 음성 패킷의 종류를 판단하여 음성 트래픽의 지연과 손실 확률을 감소시켜 사용자 측면의 서비스 품질(QoS: Quality of Service)을 향상시키는 적응적 버퍼 관리 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이러한 음성 트래픽의 중요도를 고려하여 음성 서비스를 용량 증가시키는 적응적 버퍼 관리 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장매체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 제안된 것으로서, 음성 서비스가 저장된 버퍼에서 무음 패킷과 유음 패킷을 감지하여 패킷의 중요도를 고려하여 패킷 파기의 우선권을 결정하고 혼잡상황이 발생할 때 패킷 파기의 중요도를 이용하여 패킷을 파기하는 버퍼 관리 방법을 제공한다.

상기 버퍼 관리 방법은, 음성패킷이 큐에 도착하는 패킷 도착 단계; 상기 음성패킷을 상기 큐에 저장할 수 있는 지를 파악하는 큐의 혼잡도를 판단하는 큐 혼잡도 판단 단계; 큐 혼잡도 판단 결과, 상기 큐에 저장할 수 있으면 상기 음성 패킷을 상기 큐에 저장하는 음성 패킷 저장 단계; 큐 혼잡도 판단 결과, 상기 큐에 저장할 수 없으면 상기 큐에 무음패킷이 저장되어 있는지를 확인하는 무음 패킷 판단 단계; 확인 결과, 무음 패킷이 상기 큐에 저장되어 있으면 상기 큐에 저장된 무음 패킷을 폐기하는 무음 패킷 폐기 단계; 확인 결과, 무음 패킷이 상기 큐에 저장되어 있으면 상기 음성 패킷이 유음 패킷 또는 무음 패킷인지를 분류하는 패킷 분류 단계; 분류 결과, 상기 음성 패킷이 유음 패킷으로 분류되면 상기 큐에 있는 유음 패킷을 폐기하는 유음 패킷 폐기 단계; 및 분류 결과, 무음 패킷이 상기 큐에 저장되어 있지 않으면 상기 도착한 패킷을 폐기하는 음성 패킷 폐기 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 음성 패킷 분류 단계는, 사용자 단말에서 할당한 정보를 이용하여 상기 음성 패킷을 유음 패킷 또는 무음 패킷으로 분류하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 할당한 정보는, 상기 사용자 단말의 IP(Internet Protocol) 계층의 DSCP(Differentiated Service Code Point) 코드를 다르게 마킹한 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 음성 패킷 분류 단계는, 상기 음성 패킷의 크기를 이용하여 상기 음성 패킷을 유음 패킷 또는 무음 패킷으로 분류하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 음성 패킷의 크기에 따라 무음 패킷 또는 유음 패킷으로 인덱스 마킹되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 음성 패킷 저장 단계는, 무음 패킷과 유음 패킷을 동일한 큐에 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 음성 패킷 저장 단계는, 무음 패킷과 유음 패킷을 다른 큐에 저장하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 큐 혼잡도 판단 단계는, 큐에 저장된 패킷들의 크기의 합이 임계값 이상 초과하는 경우 혼잡으로 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 큐 혼잡도 판단 단계는, 사용자 단말이 품질 모니터링 정보를 활용하여 혼잡을 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 무음 패킷 판단 단계는, 상기 큐의 HoL(Head of Line)에 저장된 무음 패킷을 먼저 폐기하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 무음 패킷 판단 단계는, 상기 큐에 가장 늦게 저장된 무음 패킷을 먼저 폐기하는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 실시예는 위에서 기술된 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장 매체를 제공한다.

본 발명에 따르면, 망 요소에 전달된 음성 패킷의 종류를 분류하고, 분류된 음성 패킷을 마킹하고, 음성 서비스의 서비스 품질 감소 여부를 확인하고, 음성 서비스의 품질이 감소할 경우 버퍼에 저장된 음성 패킷의 종류를 확인하고, 음성 패킷 중 망 요소의 버퍼에 저장된 무음패킷부터 폐기하고, 무음 패킷이 없을 경우 유음패킷을 폐기하는 음성 서비스의 용량 증가를 위한 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법에 관한 것으로 사용자의 음성 정보를 저장하고 있는 음성 패킷의 전달 성공 확률을 증가시키고 음성 패킷이 종단 간에 전달되는 시간을 단축시켜 사용자 측면의 음성 서비스 품질을 증가시킬 뿐만 아니라 망의 음성 서비스 용량을 증가시키는 효과를 가진다.

도 1은 일반적으로 무음 압신이 적용되는 경우에 음성 정보 생성 및 복원을 도시한 도면이다.
도 2는 일반적으로 무음 압신이 적용되는 음성 트래픽의 특성을 도시한 도면이다.
도 3은 일반적으로 음성 코덱에 따른 음성 패킷의 크기와 발생 간격을 보여주는 표이다.
도 4는 일반적으로 G.729 코덱 사용시 각 계층에서의 음성/무음 패킷 크기 및 그 비율을 보여주는 표이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 유음 패킷과 무음 패킷을 같이 저장하고 있는 저 지연 큐(Low Latency Queue; LLQ)에 새로운 패킷이 도착했을 때 일반적인 패킷 폐기 방식과 본 발명에서 제안하는 패킷의 폐기 방식을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 유음 패킷 만 저장하고 있는 LLQ에 새로운 패킷이 도착했을 때 일반적인 패킷 폐기 방식과 본 발명에서 제안하는 패킷의 폐기 방식을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스의 용량 증가를 위한 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스 사용자의 증가에 따른 유음 패킷의 손실 확률을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스 사용자의 증가에 따른 패킷의 지연을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스 사용자의 증가에 따른 사용자 측면 서비스 품질을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

우선 본 발명의 상세한 설명에 앞서 본 발명에서 사용하는 용어를 설명하고자 한다.

먼저 무선 백본망이란, 사용자 단말에서 생성된 개별 서비스 트래픽을 접속망으로부터 전달받아 사용자 트래픽의 전송 경로를 결정하고 WiBro(Wireless Broadband Internet), WLAN(Wireless Local Area Network), Wireless-PPP(Point-to Point Protocol) 등의 무선 전송 기술을 사용하여 서비스의 쌍을 이루는 단말의 접속망까지 전달하는 망을 의미한다.

다음으로 저 지연 큐(Low Latency Queue; LLQ)란, 사용자 트래픽을 전달하는 망요소에 여러 개의 큐가 존재할 때, 특정 큐에 패킷 저장되면 다른 큐 보다 우선적으로 패킷을 처리하는 큐로 음성 서비스와 같이 실시간성을 요하는 서비스의 패킷의 전달하는 데 사용된다.

다음으로 HoL(Head of Line)이란, 동일한 큐에 저장된 패킷 중에서 현재 서비스를 받고 있는 패킷이 서비스 된 후 다음으로 서비스를 받을 준비를 하고 있는 패킷으로, FIFO(First Input First Output) 큐의 경우 큐에 가장 오래 저장된 패킷을 의미한다.

다음으로 VAD(Voice Activity Detection)란, 통신 서비스를 제공하는 사용자 단말에서 음성 사용자의 음성 발생 유무를 판단하여 음성을 발생시킬 경우 음성 패킷을 생성하고 음성을 발생시키지 않을 경우 무음 패킷을 생성함으로써 음성 트래픽의 부피를 감소시키는 방법 또는 장치를 의미한다.

다음으로 유음패킷이란, 사용자가 음성 통신 서비스를 제공받는 단말의 음성 코덱에서 사용자의 음성 정보를 저장하고 있는 패킷을 의미한다.

다음으로 무음패킷이란, 사용자가 음성 통신 서비스를 제공받는 단말의 음성 코덱에서 VAD(Voice Activity Detection)를 사용할 경우 사용자의 음성 활동 상태 변화 정보와 주변 잡음 정보에 대한 정보를 가지고 있는 패킷을 의미한다.

다음으로 혼잡이란, 서비스를 대기하고 있는 패킷이 큐에 차서 큐가 더 이상 패킷을 저장할 수 없어 패킷이 손실되는 상태를 의미한다.

다음으로 사용자 측면 서비스 품질이란, 서비스를 사용자하는 사용자가 체감하는 서비스 품질을 의미한다.

종단 서비스 품질은 예측 가능한 특성을 가지고 있어 사용자 단말에서 다양한 서비스 품질 지표를 조합하여 도출 가능한 서비스 품질을 의미한다. 상기 종단 서비스 품질의 측정을 위한 서비스 품질 지표를 예를 들어 설명하면, 음성 서비스의 경우 MOS(Mean Opinion Score), R 값(R-value) 등을 이용할 수 있다.

여기서 상기 MOS는 주관적인 서비스 품질 지표이지만 상기 R 값은 사용자 단말에서 직접 측정이 가능한 값으로 상기 R 값을 MOS와 매핑하여 사용할 수 있다.

그리고 스트리밍 서비스의 경우 VQM(Video Quality Measurement), 웹 서비스의 경우 페이지 응답 시간(page response time) 등을 상기 종단 서비스 품질의 측정을 위한 서비스 품질 지표로 사용할 수 있다.

음성 서비스에서 상기 종단 서비스 품질은 예를 들어 상기 MOS와 R 값은 물론 PSQM(Perceptual Speech Quality Measure), PESQ(Perceptual Evaluation of Speech Quality) 등과 같은 객관적인 서비스 품질 지표를 이용하여 측정할 수 있으며, 비디오 서비스에서 상기 종단 서비스 품질은 PSNR(Peak Signal to Noise Ratio), VQM(Video Quality Measurement) 등과 같은 서비스 품질 지표를 이용하여 측정할 수 있다.

MOS는 사용자의 주관적인 음성 서비스 품질의 만족 여부를 정량화한 값으로 주관적인 지표이다.

R 값은 주관적인 음성 서비스 품질을 객관화시키기 위하여 ITU-T G.107에서 표준화한 지표로 E-Model의 R 값을 통하여 도출된다. R 값은 최종적으로 MOS 값으로 매핑하여 사용한다. PSQM은 원음성과 감쇄음성을 입력했을 때 양측의 신호 특성량의 차이에서 음성의 수신 청취 품질을 측정하는 객관 평가 방식이다.

PESQ도 원 신호와 이 신호가 통신 시스템을 통과하여 나온 결과인 감쇄된 신호를 비교하는 평가 방법이다. 특히 PESQ는 PSQM을 바탕으로 패킷 손실 등에 대응하기위해 인지 모델을 개량한 객관적인 평가 방식이다.

PSNR은 비디오 서비스의 품질을 측정하는데 사용되는 지표로 원본 이미지의 최대 표현 가능한 픽셀에 대해서 원본 이미지와 수신 후 이미지의 차에 의한 오차값을 dB단위로 표시한 값이다.

VQM은 비디오 서비스의 품질을 보다 객관적으로 나타내기 위하여 개발된 지표를 의미한다.

마지막으로 PLC(Packet Loss Concealment)란, 수신 단말기에서 음성 패킷의 손실을 인지하였을 때, 이를 복구하기 위하여 사용되는 메커니즘으로 이전의 파형(waveform) 또는 피치 파형(pitch waveform)을 대체하여 재생, 무음 또는 잡음을 추가하여 재생성, 그리고, 전송 상태 및 이전 전송 기록을 이용하여 손실된 패킷을 재생성하여 재생하는 기법을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 유음 패킷과 무음 패킷을 같이 저장하고 있는 저 지연 큐(Low Latency Queue; LLQ)에 새로운 패킷이 도착했을 때 일반적인 패킷 폐기 방식과 본 발명에서 제안하는 패킷의 폐기 방식을 도시한 도면이다.

도 5a 내지 도 5d를 참조하면 큰 사각형(501-1,501-1')을 유음 패킷을 의미하며 작은 사각형(502-1,512-1,511-1,511-1')은 무음 패킷을 의미한다.

일렬로 나열된 사각형(501,502,511,512)은 LLQ에 저장되어 있는 패킷을 의미하며 LLQ로의 오른쪽부터 먼저 패킷이 서비스되는 FIFO 방식으로 서비스를 제공한다.

도 5a 내지 도 5d 중 도 5a 및 도 5b는 가) 새로운 패킷으로 유음 패킷이 도착한 경우를 의미하며, 도 5c 및 도 5d는 나) 새로운 패킷으로 무음 패킷이 도착한 경우를 의미한다. 경우의 수를 부연설명하면 다음과 같다.

가) 유음 패킷이 새롭게 도착하는 경우:

도 5a에서, 음성 패킷을 저장하고 있는 큐가 차서 더 이상 새로운 패킷을 저장할 수 없을 경우 일반적인 방법에서는 새롭게 도착한 패킷을 폐기한다(501-1').

이러한 경우 새롭게 도착한 패킷이 사용자의 음성 정보를 저장하고 있는 유음 패킷일 경우 종단 사용자는 폐기된 유음 패킷을 PLC를 사용하여 복구한다.

그러나 일반적으로 망의 혼잡을 극복하는 시간은 패킷이 전송되는 시간 간격보다 늦기 때문에 다중의 패킷이 손실될 수 있으며 이러한 경우 PLC를 사용하여 복구하는 것도 어려워 질 수 있다. 따라서 사용자의 음성이 단절되거나 음성 세션이 종료되는 등의 사용자 측면 서비스 품질이 극도로 감소될 수 있다.

이와 달리, 본 발명의 일실시예에 따른 도 5b의 경우, 새로운 유음 음성 패킷이 큐에 도착했을 때 새로운 패킷을 저장할 수 없으면 음성 패킷을 저장하고 있는 큐에서 무음 패킷의 존재 유무를 판단하고 무음 패킷이 있을 경우 새롭게 도착한 패킷을 저장할 수 있을 때까지 HoL에 해당하는 무음 패킷을 폐기한다(502-1).

나) 무음 패킷이 새롭게 도착하는 경우:

도 5c에서 일반적인 방법은 동일하게 새롭게 도착한 패킷을 폐기한다(511-1').

그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 도 5d의 경우 큐에 저장된 무음 패킷의 존재 유무를 판단하고 무음 패킷이 있을 경우 새롭게 도착한 패킷을 저장할 수 있을 때까지 HoL에 해당하는 무음 패킷을 폐기한다(512-1).

결론적으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 새로운 패킷이 음성 패킷이 저장된 LLQ에 도착하는 경우 LLQ에 저장된 무음 패킷을 먼저 폐기하여 새로운 패킷을 큐에 저장한다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 유음 패킷만 저장하고 있는 LLQ에 새로운 패킷이 도착했을 때 일반적인 패킷 폐기 방식과 본 발명에서 제안하는 패킷의 폐기 방식을 도시한 도면이다.

상기 도 6a 내지 도 6d를 참조하면 큰 사각형(601-1,601-1',602-1)은 유음 패킷을 의미하며 작은 사각형(611-1,611-1')은 무음 패킷을 의미한다.

일렬로 나열된 사각형(601,602,611,612)은 LLQ에 저장되어 있는 패킷을 의미하며 LLQ로의 오른쪽부터 먼저 패킷이 서비스되는 FIFO 방식으로 서비스를 제공한다.

도 6a 내지 도 6d 중 도 6a 및 도 6b는 가) 새로운 패킷으로 유음 패킷이 도착한 경우를 의미하며, 도 6c 및 도 6d는 나) 새로운 패킷으로 무음 패킷이 도착한 경우를 의미한다. 경우의 수를 부연설명하면 다음과 같다.

가) 유음패킷이 새롭게 도착하는 경우:

도 6a에서 음성 패킷을 저장하고 있는 큐가 차서 더 이상 새로운 패킷을 저장할 수 없을 경우 일반적인 방법에서는 새롭게 도착한 패킷을 폐기한다(601-1').

그러나, 이와 반대로, 본 발명의 일실시예에 따른 경우 도 6b에서 새로운 유음 음성 패킷이 큐에 도착했을 때, 새로운 패킷을 저장할 수 없으면 음성 패킷을 저장하고 있는 큐에서 새롭게 도착한 패킷을 저장할 수 있을 때까지 HoL에 해당하는 오래된 유음 패킷을 폐기한다(602-1).

나) 무음패킷이 새롭게 도착하는 경우:

도 6c 및 도 6d에서 새롭게 도착한 패킷이 무음 패킷일 경우 일반적인 방법과 동일하게 새롭게 도착한 무음 패킷을 폐기한다(611-1').

결론적으로, 새로운 패킷이 음성 패킷이 저장된 LLQ에 도착하는 경우 도착한 패킷이 유음패킷일 경우 LLQ의 HoL에 저장된 유음 패킷을 먼저 폐기하고, 도착한 패킷이 무음 패킷일 경우 도착한 무음 패킷을 폐기한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스의 용량 증가를 위한 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 우선 새롭게 패킷이 도착할 때까지 대기한 후 새로운 패킷이 도착하면 새로운 패킷을 저장할 수 있는지를 판별한다(단계 S710,S720).

단계 S720의 판별 결과, 패킷을 저장할 수 있을 경우 패킷을 큐에 저장한다(단계 S780).

이와 달리, 단계 S720의 판별 결과, 패킷을 저장할 수 없을 경우 큐에 무음 패킷이 저장되어 있는 지를 판단한다(단계 S730).

단계 S730의 판별결과, 무음 패킷이 저장되어 있을 경우 HoL에 저장된 패킷을 폐기한다(단계 S740).

이와 달리, 단계 S730의 판별결과, 무음패킷이 저장되어 있지 않은 경우 큐에 새로운 패킷을 저장할 수 있는지 판단하게 된다.

만약 단계 S750에서 큐에 무음 패킷이 없을 경우 새로운 패킷이 유음 패킷인지 무음 패킷인지 판단한다(단계 S750).

단계 S750의 판단결과, 새로운 패킷이 유음 패킷일 경우 큐의 HoL에 저장된 유음 패킷을 폐기하고, 새로운 패킷을 저장할 수 있는지 판단하는 단계 S720 내지 단계 S750을 반복 수행한다(단계 S760).

만약 단계 S750에서 새로운 패킷이 무음 패킷일 경우 새롭게 도착한 패킷을 폐기한다(단계 S770).

본 발명의 일실시예에서 제안하는 음성 서비스의 용량 증가를 위한 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법을 적용하기 위해서는 도착한 패킷이 유음 패킷인지 무음 패킷인지 판단하는 기능이 망요소에 포함되어야 한다.

응용 계층에서는 음성 패킷과 무음 패킷을 구별하여 응용 계층 정보에 입력하기 때문에 패킷의 종류를 판단할 수 있다. 그러나 무선 백본망에서는 응용계층의 정보를 인지하는 것이 어렵기 때문에 음성 패킷의 종류를 판단하는 것이 어렵다.

음성 패킷의 종류를 판단하기 위해서는 다양한 방법이 있을 수 있으나 본 발명의 일실시예에서는 크게 두 가지를 제안한다.

하나는 사용자 단말에서 음성 패킷을 생성한 후 사용자 단말의 IP(Internet Protocol) 계층에서 무음 패킷과 유음패킷을 판단하여 서로 다른 DSCP(Differentiated Services Code Point)를 할당하는 방법이며 다른 하나는 유음 패킷과 무음 패킷의 크기를 이용하여 구별하는 방법이다.

이중 IP 헤더의 DSCP를 이용한 구분방법에서는 음성 패킷을 전송하는 응용 프로그램에서 유음 패킷과 무음 패킷의 DSCP를 마킹할 때 이를 다르게 설정하여 보내는 것이다. QoS 기능에서 패킷을 분류하여 해당하는 버퍼로 보낼 때는 두 DSCP 코드에 대해 동일한 정책을 적용하여 음성 패킷을 위한 버퍼로 보낸다.

본 발명의 일실시예에 따른 적응적 버퍼 관리 방법에서는 음성 패킷과 무음 패킷을 구별할 때 DSCP 코드를 바탕으로 구별한다. 이 방식은 적응적 버퍼 관리 알고리즘 입장에서는 음성 패킷과 무음 패킷을 단순히 DSCP 코드를 비교하는 것으로 구별이 가능하기 때문에 판별이 용이하며 패킷의 암호화가 이루어졌을 경우에 발생하는 패킷 크기 변화에도 쉽게 대처가 가능하다는 장점이 있지만 단말의 응용 프로그램을 별도로 구현하여야 한다는 단점이 있다.

한편으로, 다른 방법으로는 패킷의 크기를 이용하여 구별하는 방법이다. 음성 서비스는 타 통신 서비스와 달리 패킷의 크기가 유음패킷과 무음 패킷 두 가지로 분명하게 구분된다.

이러한 음성 서비스의 특성을 이용하여 적응적 버퍼 관리 방법에서 패킷의 크기를 보고 무음패킷과 유음패킷을 구분하고 인덱스를 마킹한다.

이 방식을 이용한다면 네트워크에 접속하는 단말 입장에서는 아무런 변경이 없이 기존의 음성 통신을 이용하면 되나, 버퍼 관리 알고리즘 입장에서는 패킷 판별이 복잡해지며 암호화나 여러 코덱이 동시에 사용될 경우 문제가 발생할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스 사용자의 증가에 따른 유음 패킷의 손실 확률을 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 음성 트래픽은 G.729a를 가정하였으며 Tail Drop와 Head Drop의 경우 음성 서비스 사용자가 임계값 이상으로 증가할 경우 유음 패킷의 손실 확률이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

그러나 본 발명에서 제안하는 방식(820)은 Tail Drop(800)와 Head Drop(810)에서 유음 패킷이 증가하는 사용자 구간에서도 패킷 손실이 증가하지 않는 특징을 가지고 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스 사용자의 증가에 따른 패킷의 지연을 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 음성 트래픽은 G.729a를 가정하였으며 Tail Drop(900)와 Head Drop(910)의 경우 음성 서비스 사용자가 700명 이상으로 증가할 경우 지연이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

그러나 본 발명에서 제안하는 방식(920)은 720명 이상에서 지연이 증가하는 것을 확인할 수 있으며 지연의 증가 속도 또한 타 메커니즘에 비해 낮은 것을 확인할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 음성 서비스 사용자의 증가에 따른 사용자 측면 서비스 품질을 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면, 사용자 측면 서비스 품질인 MOS(Mean Opinion Score)는 종단 지연과 패킷 손실이 결합하여 영향을 준다.

따라서 본 발명에서 제안하는 방식(1020)은 패킷 손실뿐 만 아니라 패킷 지연을 감소시키기 때문에 사용자 측면 서비스 품질을 월등히 향상시킬 수 있다. 또한, 일정 수준 이상의 서비스 품질을 기준으로 할 경우 Tail Drop(1000) 및 Head Drop(1010) 보다 서비스를 제공할 수 있는 사용자를 증가시키는 효과가 있을 수 있다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따른 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 코드 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 기록될 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.

상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관등의 전송 매체일 수도 있다.

프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 본 발명의 일실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

100: 발신측
101: VAD(Voice Activity Detection)
110: 수신측
111: CNG(Comfort Noise Generation)
210: 유음 구간
220: 무음 구간

Claims (12)

1. 음성패킷이 큐에 도착하는 패킷 도착 단계;
   상기 음성패킷을 상기 큐에 저장할 수 있는 지를 파악하는 큐의 혼잡도를 판단하는 큐 혼잡도 판단 단계;
   큐 혼잡도 판단 결과, 상기 큐에 저장할 수 있으면 상기 음성 패킷을 상기 큐에 저장하는 음성 패킷 저장 단계;
   큐 혼잡도 판단 결과, 상기 큐에 저장할 수 없으면 상기 큐에 무음패킷이 저장되어 있는지를 확인하는 무음 패킷 판단 단계;
   확인 결과, 무음 패킷이 상기 큐에 저장되어 있으면 상기 큐에 저장된 무음 패킷을 폐기하는 무음 패킷 폐기 단계;
   확인 결과, 무음 패킷이 상기 큐에 저장되어 있으면 상기 음성 패킷이 유음 패킷 또는 무음 패킷인지를 분류하는 패킷 분류 단계;
   분류 결과, 상기 음성 패킷이 유음 패킷으로 분류되면 상기 큐에 있는 유음 패킷을 폐기하는 유음 패킷 폐기 단계; 및
   분류 결과, 무음 패킷이 상기 큐에 저장되어 있지 않으면 상기 도착한 패킷을 폐기하는 음성 패킷 폐기 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 음성 패킷 분류 단계는, 사용자 단말에서 할당한 정보를 이용하여 상기 음성 패킷을 유음 패킷 또는 무음 패킷으로 분류하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 할당한 정보는, 상기 사용자 단말의 IP(Internet Protocol) 계층의 DSCP(Differentiated Service Code Point) 코드를 다르게 마킹한 정보인 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 음성 패킷 분류 단계는, 상기 음성 패킷의 크기를 이용하여 상기 음성 패킷을 유음 패킷 또는 무음 패킷으로 분류하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 음성 패킷의 크기에 따라 무음 패킷 또는 유음 패킷으로 인덱스 마킹되는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 음성 패킷 저장 단계는, 무음 패킷과 유음 패킷을 동일한 큐에 저장하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 음성 패킷 저장 단계는, 무음 패킷과 유음 패킷을 다른 큐에 저장하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 큐 혼잡도 판단 단계는, 큐에 저장된 패킷들의 크기의 합이 임계값 이상 초과하는 경우 혼잡으로 판단하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 큐 혼잡도 판단 단계는, 사용자 단말이 품질 모니터링 정보를 활용하여 혼잡을 판단하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 무음 패킷 판단 단계는, 상기 큐의 HoL(Head of Line)에 저장된 무음 패킷을 먼저 폐기하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 무음 패킷 판단 단계는, 상기 큐에 가장 늦게 저장된 무음 패킷을 먼저 폐기하는 것을 특징으로 하는 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법.
    
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 음성 트래픽의 중요도를 고려한 적응적 버퍼 관리 방법을 실행하는 프로그램 명령 코드를 저장하는 저장 매체.

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