QoS 지원을 위한개방형 서비스 망 구조

2005. 1. 27.

Prof. Kyungshik Lim, CS Dept., Kyungpook Natl. Univ.

kslim@knu.ac.kr

QoS 지원을 위한 개방형 응용 서비스 망

• Open service—Open APIs : Communication service developers and

IT Programmers• QoS support

—Service level end-to-end QoS on top of packet transport network function with QoS support

• Packet marking, resource establishment & release for resource reservation, queueing management, etc.

• Application service networks—Logical service networks to mitigate performance

gaps of heterogeneous physical underlying networksin BcN between end-to-end users

NGN Service Architecture Model

OpenService

QoSSupport

ApplicationServiceNetwork

NGN Open Service Architecture

Parlay/OSA APIs

Web basedClient

applications

Application Server Application Server

NGN Realization

MetroEthernet

3G RAN

ISCO

SASSF

PresencePTT

Voice M

ailSM

SM

MS

Streaming

Converged Services and Platform

s

MRFC

I-CSCF

LegacyGMSC

ConvergedServices

IMS

MGCF

Converged Service

Interfaces

SGW

PSTNPLMN

MRFP

S-CSCFP-CSCF

PDF

PS BackboneNetwork

RNC

SGSN

Service ProviderData Network

HA

BroadcastAccess Network

DVB / ISDB-T RAN

LegacyMSC/VLR

PDG/WAG

BSC

2G RAN

PDG/WAG

HSS

AAA

Network DBs

Databases

GGSN

MGW

WiFi Hotspot

DNS

DHCP

INParlay

SIP-AS

WiMax RAN

TransportNetwork

AccessNetwork

LegacyHLR

CS BackboneNetwork

BGCF

PublicInternet

(CDMA systems are similar toGPRS and UMTS systems shown)

BMSC

MetroEthernetMetroEthernet

3G RAN

ISCO

SASSF

ISCO

SASSF

PresencePTT

Voice M

ailSM

SM

MS

Streaming

Converged Services and Platform

s

MRFC

I-CSCF

LegacyGMSC

ConvergedServices

IMS

MGCF

Converged Service

Interfaces

SGW

PSTNPLMNPSTNPLMN

MRFP

S-CSCFP-CSCF

PDF

PS BackboneNetwork

RNC

SGSN

Service ProviderData Network

HA

BroadcastAccess NetworkBroadcastAccess Network

DVB / ISDB-T RAN

LegacyMSC/VLR

PDG/WAG

BSC

2G RAN

BSCBSC

2G RAN

PDG/WAG

HSS

AAA

Network DBs

DatabasesDatabases

GGSN

MGW

WiFi Hotspot

DNS

DHCP

INParlay

SIP-AS

WiMax RAN

TransportNetwork

AccessNetwork

LegacyHLR

CS BackboneNetwork

BGCF

PublicInternetPublicInternet

(CDMA systems are similar toGPRS and UMTS systems shown)

BMSC

Main Functions by IMS• Call (Session) control based on SIP

signaling• Resource management to support QoS

capabilities• Interworking to other networks by means

of media gateways and gateway controllers

IMS Related Functions in the NGN Session Control Architecture

Management

Transport Adaptation

Transport

Transport Resource / Policy Control Function

TMGF

SGF

Transport Resource &

Enforcement Functions

TrafficMeasurement

Function

PGF

T. Authentication &Authorization

Function

Mobility Support Function

T.Network Access Control Function

AMGF

TerminalFunction

Access Relay Function

Session & C

allControl

Application

S.Authentication & Authorization Function

Application Gateway Function

Application Server Function(may include own Authentication, Authorization and Accounting)

PGCF

Session Control ProxyFunction

All lines of this type attach to the corresponding input line at the CCF within session & call control

Scope of NGN

Netw

ork Border Other NGN

other IP MMNetwork

(e.g. IMS)

PSTN/ISDN

Internet

Connection point

T.Network Access Process Function

Packet Transport Function

MediaResource

ProcessingFunction

T-1

T-3T-20

T-7

T-4

LS FunctionUser Profile DB Function

Registration Function

T-6

T-8

T-9

T-13

T-12

T-11

T-15

T-16

T-18

S-1

S-4

S-9

S-10

S-11 S-12

S-13

S-17

S-18

A-1

A-2

MGCFAGCF

Session Control FunctionS-19

Media Resource Control Function

Man

agem

ent F

unct

ion

IMS Related Functions (1/2)• Session Control Function

— 세션 서비스 제공 , 과금 측정— 세션 계층 오버레이 망에서의 컨텐츠 변환을 위한 제어 메시지 생성

• Session Control Proxy Function— 외부 혹은 단말에서 들어오는 SIP 메시지를 Session Control Function에게 전달

• User Profile DB Function— 사용자의 프로필을 DB에 저장하고 관리하며 외부의 요청에 의해 이를 제공

• LS Function (Location Service Function)— 사용자의 위치를 망에서 얻어오는 기능

• Application Server Function— 서비스를 제공하는 서버— OSA Gateway, Session Control Function와 연동하여 전체적인 서비스를 제공 및 제어— 타 망의 OSA Gateway와도 연동하여 타 망의 IMS를 통한 세션간 연결 서비스를 지원

• OSA Gateway— 망의 제어 및 정보제공을 표준화된 API형태로 제공하여 편리한 형태의 서비스 제공 지원

• Packet Gatway Control Function— Packet Gateway를 제어, 타 망으로 부터의 내부 망의 토폴로지 보호 , 과금 측정

• Registration Function— 세션의 생성을 위하여 사용자의 등록을 담당

• Authentication & Authorization Function— 사용자의 인증 및 인증 정책 제어

IMS Related Functions (2/2) • MRCF (Media Reference Control Function)

— MRPC을 제어하여 노드에서의 미디어 프로세싱 기능 관리• MRPF (Media Reference Processing Function)

— MRCF로 부터 받은 요청에 따라 노드에서 미디어 프로세싱— 멀티 컨퍼런스를 위한 비디오,오디오의 정합

• Packet Gateway— 외부의 패킷 기반 망과의 게이트웨이 역할을 수행

• MGCF — PSTN/ISTN 망과의 연동을 위해 시그널을 변환— PSTN/ISTN 망과 연결 점인 TMGF를 제어

• Trunk Media Gateway Function— PSTN/ISTN 망과 연결을 위하여 패킷을 변환

• Access Relay Function— 외부로부터의 패킷을 내부로 전달

• Network Access Control Function— 외부로부터의 데이터를 내부로 전달 할지 여부를 판단— NAT (Network Address Translation) 수행— 판단된 결과를 NAPF을 통하여 적용

• Network Access Process Function— NACF에게 받은 요청을 통해 외부로부터의 데이터의 전달 또는 차단 기능 수행

• Packet Transport Function— 실제로 패킷을 전달 망 내에서 전달해 주는 기능

Transport Resource Functions

Management

Transport Adaptation

Transport

Transport Resource / Policy Control Function

TMGF

SGF

Transport Resource &

Enforcement Functions

TrafficMeasurement

Function

PGF

T. Authentication &Authorization

Function

Mobility Support Function

T.Network Access Control Function

AMGF

TerminalFunction

Access Relay Function

Session & CallC

ontrolApplication

S.Authentication & Authorization Function

Application Gateway Function

Application Server Function(may include own Authentication, Authorization and Accounting)

PGCF

Session Control ProxyFunction

All lines of this type attach to the corresponding input line at the CCF within session & call control

Scope of NGN

Netw

ork Border Other NGN

other IP MMNetwork

(e.g. IMS)

PSTN/ISDN

Internet

Connection point

T.Network Access Process Function

Packet Transport Function

MediaResource

ProcessingFunction

T-1

T-3T-20

T-7

T-4

LS FunctionUser Profile DB Function

Registration Function

T-6

T-8

T-9

T-13

T-12

T-11

T-15

T-16

T-18

S-1

S-4

S-9

S-10

S-11 S-12

S-13

S-17

S-18

A-1

A-2

MGCFAGCF

Session Control FunctionS-19

Media Resource Control Function

Man

agem

ent F

unct

ion

Transport Resource/Policy Control Function• Collect network resources and maintenance

status information• Control transport resource allocation by

interacting with T.Network Access Process Functionand Transport Resource and Enforcement Function—Port, link, bandwidth, access list

Transport Resource & Enforcement Functions• Link negotiation and establishment• Packet forwarding• QoS procedures

—Packet marking—Resource establishment and release—Resource reservation—Queueing management—etc

Configuration of Transport Resource Functions • Transport Resource/Policy Control Function과 Transport Resource & Enforcement Functions은

SCF로부터 받은 QoS control request를 Packet transport layer (IP layer)에서 지원하기 위함

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

L1L1

L2L2

L1L1

PC HGW L2-SW Edge router

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

portport

SIP

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

L1L1

L2L2

L1L1

PC HGW L2-SW Edge routerBandwidthresourcemanager

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

portport

SIP

portport

mediamedia

L1L1

L2L2

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt2mgt2

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0SIP

portport

media

media

L1L1

L2L2

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt2mgt2

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

portport

L3L3 L3L3

L3L3

portport

mgt1mgt1

portport

mgt2mgt2

SIP proxy

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt1mgt1

portportportport

L3L3 L3L3

L3L3

portport

mgt1mgt1

portport

mgt2mgt2

SIP proxy

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt1mgt1

portport

SIPSIP

L1L1

PC

L2L2

L3L3

portport

mgtmgt

portport

SIPSIP

portport

mediamediaSIPSIP

HGW manager

media

Service Level End-to-End QoS• Packet transport function(IP layer)에서 Delay , Jitter ,

Bandwidth등의 기본적인 QoS가 지원될 때 사용자수준에서의 End-to-End QoS를 달성하기 위해서는서비스 수준에서의 확장된 QoS 개념이 고려되어야 함

Contents Quality 사용자의 품질 요구에 맞는 컨텐츠를 제공

Mobility 사용자의 위치에 관계없이 서비스가 가능

Reliability 사용자의 요구를 반드시 받아 들여 처리

Adaptability 사용자에 적합한 형태로의 서비스 변형 가능

Security 인증된 사용자에게 적합한 서비스 제공 및 보안 유지

Service Level End-to-End QoSEnd-to-End QoS

QoS 지원Packet Transport Function(Converged heterogeneous networks)

Application

Layer

Application

Layer

Transport

LayerTransport

Layer

ProcessingDelay & Variation

Contents Adaptation

Protocol Adaptation

Case Study :Contents & Protocol AdaptationWireless Internet – Wireless Application Protocol (WAP) 1.x Protocol Stack

Bearers :GSM, CDMA,?

WAPClient

IP

WAPGateway

IP

WAP/WebServer

HTTP

TCP

MicroBrowser

TCP

HTTP

IP

?WML Compiler?Image Translator?HTML Filter, etc.

WSP Server

WTP Server

WDP/UDP

IP

Encoded request/response

RequestResponse

CGI, etc.

WML/HTMLContents

WAPClient

IP

WAPGateway

IP

WAP/WebServer

HTTP

TCP

Bearers :GSM, CDMA,?

Bearers :GSM, CDMA... 인터넷인터넷인터넷

MicroBrowser

WSP Client

WTP Client

WDP/UDP TCP

HTTP

IP

• WML Compiler• Image Translator• HTML Filter, etc.

WSP Server

WTP Server

WDP/UDP

IP

Encoded request/response

RequestResponse

CGI, etc.

WML/HTMLContents

Case Study :Protocol AdaptationSkyX Satellite System

PhysicalData Link

IPTCP

Application

PhysicalData Link

IPTCP

Application

TCP XTPIP IP

Data LinkData Link

Physical Physical

Relay

Split-TCP1 (Internet) Split-TCP2

Host Server

송신 기지국

Client

E-to-E TCP

XTP TCPIP IP

Data LinkData Link

Physical Physical

Relay

수신 기지국

Split-TCP3 (Internet)

Application Service Network Architecture Model (1/4)

BcN ApplicationService Network

Service Level QoS 지원

QoS 지원 BcNPacket Transport Function

User LevelEnd-to-end QoS

SCF

SCF

…

Framework

network resources and maintenance status information

Open API를통한 망, 서비스,단말 정보

OSA Gateway

Application Service Network Architecture Model (2/4)

3GPP Signaling& Data Network

IP

UE

IP Network

CSCF

MRFC

IP Network

OMP OMP OMP OMPGGSN OMP

Overlay Media ControllerCSCF

OSA GatewayOSA

Application Server

CSCF MRFC

OSA-GW

ApplicationServers

GGSN

3GPP MRFMRFPP

BcN Core Network

IP Connectivity

IP

MRFP

T. Authentication& Authorization

Function

Session Control Function

S. Authentication & Authorization Function

Overlay Media Control Function

TrafficMeasurement

Function

Session Control Function

MRFC MGCF

BGCF

Packet Transport Function

OSA Gateway Function

Application Server Function

GGSN

Multimedia ResourceFunction Processor

IM - MediaGateway

PacketGatewayFunction

Applic

atio

n

Applic

atio

nSessio

n C

ontro

lTra

nsport

Sessio

n C

ontro

lTra

nsport

Signal Gateway FunctionTransportAdaptation

OtherBcN

OtherIP MM

Network

Internet

PSTN/ISTN

SLF

TMGFPacket Transport Function

RegistrationFunctionLS Function

HSS

3GPP IMS BcN Core Network

PacketGatewayFunction

MGCFSession Control Proxy Function

T.Network AccessControl Function

T.Network AccessProcess Function

Open API

Open API

SIP

SIP

SIP

SIPSIP

MEGACO/H.248

PacketGatewayControlFunction

Access Relay Function

Scope of BcN

TerminalFunction

TransportPolicy Enforcement

Function

OSA Gateway Function

User Profile DB Function

Overlay Media Processing Function

MRCF

Transport Resource/PolicyControl Function

MRPF

SIP

Application Service Network Architecture Model (3/4)

▪ 미디어 프로세싱 기능

▪ 오버레이 패킷 라우팅 기능

▪ 일반 IP 망과 연동 기능

▪ 오버레이 망에 동적으로 참가 및 탈퇴

▪ 단말 수용 정보의 캐싱과 전달

▪ 오버레이 망의 관리 기능

▪ CSCF와의 연동

▪ OMP들의 기능을 관리

▪ 적합한 데이터 경로 설정

▪ 각 OMP에게 명령 전달

OMPOMP

OMP

OMC

OMP OMP

OMC

내부에 단말 정보 캐싱

다른 노드가 이를 요청 시 제공미디어 데이터와 단말 정보 ,

망 관리 메시지 등을 전달

각각 다양한 종류의

미디어 변환 기능

OverlayMedia

Processor

OverlayMedia

ProcessorOSAG/W

OSAAS

Open API를 통하여

단말의 정보 요청

Callback을 통한

단말 정보 전달

Application Service Network Architecture Model (4/4)

단말 정보 전달단말의 수용정보 요청

Application Service Network –An Example of Application Layer Functions

Caching

Phase

Adaptation

Phase

IP Network

4. Send Adapted Contents 3. Request Adaptation

2. OMP Lookup

2. Cache Query 3. Cache R

equest

Cache Discovery OMP Discovery

1. Registr

ation

1. Reg

istra

tion

Contents Server

Client

3. Original Content Request

Adaptation Overlay

Cache Overlay

오버레이 망

관리 메시지

오버레이 망

관리 메시지

OMC

OMPOMCOMP

OMPOMPOMP

Overlay Media Network

: Node In Caching Phase : Node in Adaptation Phase

Application Service Network –An Example of Transport Layer Functions

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

L1L1

L2L2

L1L1

PC WAP G/W L2-SW Edge router

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

portport

SIP

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

L1L1

L2L2

L1L1

PC L2-SW Edge routerConnectionmanager

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

portport

SIP

portport

mediamedia

L1L1

L2L2

L1L1

L2L2L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0SIP

portport

media

media

L1L1

L2L2

L1L1

L2L2L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt0mgt0

portport

L3L3

L3L3

portport

mgt1mgt1

portport

mgt2mgt2

SIP proxy

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt1mgt1

portportportport

L3L3

L3L3

portport

mgt1mgt1

portport

mgt2mgt2

SIP proxy

L1L1

L2L2

L3L3

portport

mgt1mgt1

portport

SIPSIP

L1L1

PC

L2L2

L3L3

portport

mgtmgt

portport

SIPSIP

portport

mediaTCPSIPSIP

TCP

L2L2L2L3

WAP G/W manager

portport

mediamedia

portport

media

media

TCP

: Wireless / Satellite Connection

: Wired Connection

UE

OSAG/W

MRFP

2. Open API 호출

3. 세션 등록 메시지

오버레이 망

관리

OverlayMedia

Processor

오버레이 망

관리 메시지

3GPP Network BCN Core Network

Application Service Network –Registration

CSCF

OMCOMP

OMC

데이터 프로세싱

OMPOMPOMPOMP

Registar

AA Server

User ProfileManager

CSCF

OverlayMedia

Controller

OSAAS

SessionControlProxy

ContentServer

QoSManager

MPLSRouter

NetworkAccess

ManagerMPLS

RouterMPLS

Router

MRFC

4. 사전 등록 여부 확인

5. 사용자 등록

6. 사용자

인증 요청

7. 인증을 위한

정책 참조

PacketTransport

GGSN

PakcetGateway

P-CSCF

1. 서비스 요청

HSSSLF

Session C

ontrol

Transport

UE

OSAG/W

MRFP

1. Open API 호출

2. 세션 생성 메시지

오버레이 망

관리

오버레이 망

관리 메시지

3GPP Network BCN Core Network

Application Service Network –Session Establishment

CSCF

OMCOMP

OMC

데이터 프로세싱

OMPOMPOMPOMP

Registar

AA Server

User ProfileManager

CSCF

OverlayMedia

Controller

OSAAS

SessionControlProxy

ContentServer

QoSManager

MPLSRouter

NetworkAccess

ManagerMPLS

RouterMPLS

Router

MRFC

3. 프로파일 확인

PacketTransport

GGSN

PakcetGateway

P-CSCF

2. 세션 생성 메시지

5. 세션 정보 전달 및

오버레이 네트워크

제어 메시지

4. 단말 CC/PP정보 및 위치 정보 요청

HSSSLF

4. 단말 위치

정보 요청

4. 단말 CC/PP 정보 요청

6. 오버레이 망

관리 메시지 및

변환 능력 리스트 요구

7. 변환 능력에 따른

QoS 지원 전달

망 설정

8. 전달 망의 자원 예약

및 패킷 전달 제어

OverlayMedia

Processor

Session C

ontrol

Transport

UE

OSAG/W

MRFP

오버레이 망

관리

오버레이 망

관리 메시지

3GPP Network BCN Core Network

Application Service Network –Data Transfer

CSCF

OMCOMP

OMC

데이터 프로세싱

OMPOMPOMP

Registar

AA Server

User ProfileManager

CSCF

OverlayMedia

Controller

OSAAS

SessionControlProxy

ContentServer

QoSManager

MRFC

GGSN

P-CSCF

HSSSLF

1. Contents Server에서

Packet Transport Function으로

데이터 전송

OverlayMedia

Processor

2. 설정된 라우팅 경로를 통하여

전달하며 중간에서

Overlay Media Processor를통해 오버레이 망에서의

컨텐츠 변환NetworkAccess

ManagerMPLS

RouterMPLS

RouterMPLS

Router

PacketTransport

PakcetGateway

3. Packet Gateway를 통해

데이터를 전달 받은 후

MRFP에서 데이터를

프로세싱 한 후 GGSN을

통해 단말에게 전달

OMP

Session C

ontrol

Transport

Summary• Service level end-to-end QoS

— Current : Various heterogeneous underlying physical networks (BcN access networks and BcN core networks)

• SIP signaling 기반의 IMS(*) + QoS 지원 packet transport functions• Interactive voice and message services 기반

— Future : A variety of multimedia application services (대화형, 분배형, 검색형, 메일형) + a variety of terminal equipment capabilities + Various heterogeneous underlying physical networks

• Application/transport layer에서 End node intelligence와 더불어Application service network intelligence (proxy, agent, connection manager, etc)가 요구됨

– BcN Core Network에서 IMS와 OSA와의 연동을 통하여 접속망의 망상태를고려한 최적의 데이터 경로 설정 및 동적인 오버레이 망 구성

– 오버레이 망에서 단말의 상태정보와 서비스종류에 따라 최적의 프로세싱작업수행

– 오버레이 망을 통한 다양한 멀티미디어 응용서비스 제공(TV방송, 온라인게임, 비디오 컨퍼런스….)