이기종 네트워크 상의 Mobile IPTV, Mobile VoIP 응용 서비스 요구사항 분석

1. 개요

방송통신기술과 각종 단말기기의 성능이 발전함에 따라서 단말을 휴대하고 다니면서 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공받기를 원하는 사용자의 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 기존의 고정된 환경에서 제공되면 IPTV나 VoIP와 같은 다양한 응용서비스에서 이동성을 제공하는 새로운 응용서비스들이 요구되고 있으며, mobile IPTV와 mobile VoIP가 새로운 응용 서비스로써 주목을 받고 있다.

방송서비스의 경우 디지털 TV에서 Take-OUT TV인 Mobile TV (DMB, DVB, MediaFLO)로 계속 진화하고 있다. 또한 ITU-T 및 TTA와 같은 국외 및 국외 표준화단체에서는 IPTV와 관련된 단체를 발족시키면서 TV는 IPTV라는 새로운 형태로 빠르게 이동하고 있으며, 변화하는 사용자의 요구와 시장의 변화에 따라 기존의 IPTV 기술에 무선 기술과 이동성 기술을 확장한 형태의 새로운 서비스인 mobile IPTV로 진화하고 있다.

통신서비스의 경우에도 기존의 고정된 망에서 제공되던 고정 VoIP(fixed VoIP)에서 mobile VoIP로 진화하고 있다. 기존의 유선전화와 같이 고정된 장소에서 초고속 인터넷 망을 이용하여 음성통화를 하는 서비스의 형태가 고정 VoIP라면, 차세대 무선 인터넷 망을 이용하여 이동전화와 비슷한 전화 서비스를 이용하는 것이 mobile VoIP이다.

기존의 고정된 환경에서 제공되던 서비스와 달리 이동성을 제공하기 위해서는 여러 추가적인 요구사항들이 발생하게 된다. 따라서 본 문서에서는 차세대 응용서비스로 주목받고 있는 mobile IPTV와 mobile VoIP를 대상으로 하여 다양한 요구사항에 대해서 분석하고자 한다.

 

2. Mobile IPTV 및 Mobile VoIP 개요

2.1. Mobile IPTV

IPTV 서비스는 기존의 방송 서비스와 통신 서비스를 융합하는 새로운 차세대 서비스로 대두되고 있다. IPTV 서비스를 위한 콘텐츠는 IP 망을 통해 사용자에게 제공되며, 기존의 유선망을 이용한 서비스에서 무선 네트워크 확대되어 언제 어디서나 제공받을 수 있는 Mobile IPTV로 진화하고 있다. 하지만 IPTV 서비스를 무선네트워크를 통해서 제공하기 위해서는 기존의 IPTV와는 다른 여러 가지 요구사항을 가지고 있다. 대표적인 예로 Mobile IPTV는 무선구간에서 이동성을 지원하여 언제 어디서나 자유롭게 서비스를 이용할 수 있어야 하며, 이동시에도 지속적인 QoS 보장 등을 통해서 서비스 품질의 저하가 없어야 한다. 최근 사용자들의 4A 서비스에 대한 욕구가 증대됨에 따라 IPTV는 자연스럽게 Mobile IPTV로 발전될 것으로 기대된다.

 

2.2. Mobile VoIP

네트워크 기술이 발전하면서 통신시장은 기존의 회선 교환망에서 효율성이 높은 IP 망으로 전이되었다. 기존에 별개의 망으로 존재하던 음성과 데이터, 방송과 통신, 유선과 무선망 등이 IP 망으로 통합되고 있는 추세이며 통신 사업자들은 망 융합 현상에 따라 서비스, 단말, 네트워크 요소 등을 IP 망 기반으로 개발하고 있는 추세이다. 이러한 ALL-IP가 진행됨에 따라 회선 교환망 기반 음성 통신에서 전적으로 IP 망 기반인 패킷 교환망 기반의 음성통신으로 전이될 것이다.

 

3. 이기종 네트워크 상의 Mobile IPTV 요구사항 분석

IPTV에 관련된 요구사항으로 서비스/단말/네트워크/서비스 품질보장/보안 측면에서의 요구사항을 기술한다.

3.1. 이동성

Mobile IPTV는 기본적으로 IPTV의 서비스를 수용하도록 한다. 하지만 현재 ITU-T IPTV FG를 통해 고려되고 있는 서비스의 유형과 형태는 광대역 및 안정적인 고정 링크환경을 중심으로 고려하고 있으므로 다양한 유무선 환경에서 사용되는 or인 이동성과 단말 이동성을 위해서 요구되는 사항에 대한 분석이 필요하다.

이동성은 사용자가 장소에 구애 없이 어떠한 서비스를 일관되게 받을 수 있으며 사용할 수 있도록 하는 것을 의미한다. 특히 IPTV에서는 이러한 이동성을 이용하여 IPTV 서비스를 사용자에게 끊김없이 제공하는 것을 뜻한다. IPTV에서의 이동성은 크게 두 가지 형태로 나눌 수 있으며, 각각은 망의 이동성 및 단말의 이동성으로 구분되며, 이러한 이동성은 수신단과 송신단을 모두 고려한다.

3.1.1. 사용자 이동성

사용자 이동성이란 사용자가 이동을 하더라도 같은 종류의 서비스를 기기에 상관없이 끊김 없게 제공받을 수 있는 것을 의미한다. 사용자 이동성을 위한 요구사항은 다음과 같다.

• 네트워크 이동성은 구체적으로 단말이나 사용자가 이동하여 네트워크 접속점이 변경되었거나 접속 사업자가 변경되었을 때, 네트워크 내의 단말은 네트워크의 변경과 상관없이 IPTV 서비스를 위해 IP 망에 접속이 가능해야 한다. 이 때 단말은 자체적으로 이동성을 지원하지 않아도 되며 이동형 뿐만 아니라 고정형 단말에도 적용가능하며 기존의 모든 단말에 대해 적용 가능하다. 이것은 모든 단말에 대해 현재의 IP 망을 통한 이동형 서비스가 가능하다는 것을 의미한다.

• IP 주소를 사용하는 이동형 또는 고정형 단말기가 IP 주소를 변경하지 않고 IPTV 서비스를 받을 경우, 네트워크에서는 이러한 기술의 지원을 위해 자동연결 유지 및 연결 경로 변경 등의 기능을 제공하여야 한다. 사용자 이동에 대해 일반적으로 가능한 서비스 시나리오 예제는 다음과 같다. (향후 추가적인 시나리오의 고려가 가능하다.)

1. 자신이 가입한 SP (Service Provider)에 연결된 자신의 IPTV 단말을 통해서 IPTV 서비스를 받는 경우

2. 자신이 가입한 SP에 연결된 다른 IPTV 단말을 통해서 IPTV 서비스를 받는 경우

3. 가입하지 않은 SP에 연결된 자신의 IPTV 단말을 통해서 IPTV 서비스를 받는 경우

4. 가입하지 않은 SP에 연결된 다른 IPTV 단말을 통해서 IPTV 서비스를 받는 경우

이와 같은 시나리오에서 고려되어야 하는 요구사항은 다음과 같다.

시나리오 1과 2인 경우, 즉 자신이 가입한 SP를 통해 서비스를 이용하는 경우에는 사용자 이동성을 위해 사용자 인증이 수행되어야 한다. 시나리오 3과 4의 경우, 즉 자신이 가입하지 않은 SP를 통해 서비스를 이용하는 경우에는 사용자 이동성을 위해 가입하지 않은 SP가 사용자의 에이전트 역할을 수행하여 가입하지 않은 SP의 QoS 네트워크를 이용하여 자신이 가입한 SP의 서비스를 제공받을 수 있어야 한다.

3.1.2. 장비 이동성

사용자가 특정 기기를 사용하여 이동 중 서비스를 받을 경우 장소에 상관없이 서비스가 끊김 없이 제공되는 것을 의미한다. 이것은 네트워크 및 단말 모두 필요한 이동성 기술을 지원해야 한다. 또한 네트워크 측면에서는 엑세스 네트워크에 대한 핸드오버 및 자동 경로 설정 등 단말에 대한 로밍 및 라우팅 서비스가 포함되어야 한다.

3.2. 다중 인터페이스 지원 기술

Mobile IPTV는 다양한 유무선 환경에서 사용자 이동성 및 단말 이동성을 지원하므로 복수개의 인터페이스를 하나의 이동단말이 가질 수 있다. 특히 단말 이동성의 경우 기존 환경에서 사용하고 있던 IPTV 서비스를 연속적으로 다른 환경으로 이동하는 경우에도 지원하기 위해서는 복수개의 인터페이스를 관리해야 하는 기능들이 요구된다. Mobile IPTV를 위해 이동단말에서 고려되어야 하는 요구사항들은 다음과 같다. IPTV 서비스를 위해 사용되고 있는 인터페이스와 사용되고 있지 않은 인터페이스를 이동단말은 효율적으로 관리 (ON, OFF, Sleep, etc.)해야 한다. 또한 다른 인터페이스로 IPTV 서비스를 유지하고자 하는 환경에서 이동 단말은 효율적으로 서비스가 유지될 수 있도록 해야 한다.

3.3. 끊김없는 서비스 제공을 위한 요구사항

서버는 사용자의 이동(Mobility) 이나 불안정한 네트워크 상태로 인한 끊김과 재접속 상황에서 끊김 없는 서비스를 제공해야 하며, 이를 위해서 다음과 같은 요구사항이 만족되어야 한다. 우선 (사용자 이동 상황에서의 세션 유지) 서버는 이동성을 가진 사용자에게 사용자 이동성, 단말 이동성을 제공하기 위해 사용자가 이동하더라도 세션을 계속 유지해야 한다. 다음으로 (전송자의 불안정한 네트워크 상황에서 서비스 제공) 서버는 전송자가 갑자기 연결을 종료해도 사용자에게 전송하는 서비스를 중단되어서는 안 된다. 현재 서비스 중인 콘텐츠의 전송자가 갑자기 전송을 중지한 경우 서버는 전송자 프로파일에 따라 사용자에게 전송자가 미리 저장해 놓은 다른 콘텐츠를 제공할 것인지 다른 전송자로 연결을 유도할 것인지 판단한다. 또한 (사용자의 불안정한 네트워크 상황에서 지속적인 서비스 제공) 서버는 사용자가 불안정한 네트워크에서 일시적으로 연결이 끊어졌다가 재접속을 해도기존의 서비스를 계속 유지할 수 있어야 한다. 서버는 사용자가 연결을 종료한 뒤에도 일정기간(Timeout) 동안 사용자의 수신 서비스 정보를 유지해 만일 Timeout이 되기 전 사용자가 재접속을 하면 종료 전에 전송하던 서비스를 계속 이어서 전달한다. 사용자의 수신 서비스 정보는 Timeout이 후 재접속이 없으면 자동 삭제된다.

3.4. 품질 요구사항

무선망의 특징은 채널상태가 시간에 따라 가변적이라는 점이며 코덱은 이에 적응적이어야 한다. 채널상태를 (손실, 지연, 가용대역폭) 이라고 할 때 3변수의 상관관계가 유선채널의 경우보다 적은 편이다. 무선망의 또 하나의 특징은 손실이 많다는 점이다. 시시각각 변하는 손실률에 대한 적절한 대책이 있어야 한다.

절차적으로는 세션 설정 및 종료, 세션으로 나눌 수 있으며, 무선망에서는 핸드오버 단계를 고려하여야 한다. QoS 제어기술은 BE (Best Effort), per-class 제어, per-flow 제어로 구분한다. BE인 경우에는 채널이나 네트워크에서 QoS보장은 하지 않고 트랜스포트 계층이상에서 QoS 제어를 한다. Per class나 per-flow 제어인 경우에는 라우터나 AP등이 QoS 기능을 지원한다. QoS 변경은 네트워크 상태의 변화 및 사용자의 요구에 대해 이루어진다. Mobile IPTV 서비스를 위해 제공되어야 하는 기본적인 Class가 보장되어야 한다. 또한 서비스 별 Class 요구는 단말과 네트워크 모두에서 요구 가능하다. QOS 설정은 Class 별로 할 수 있어야 한다. 각 Flow 별로 QOS를 설정하는 것은 해당 무선기술에 따라 제공될 수도 있다. (단 무선기술에서 제공되지 않는 경우에는 Flow 별로 QOS를 설정하지 않는다.) IP상위 계층에서 제공되는 Class와 IP하위 계층에서 가능한 Class와의 Mapping 기능이 가능해야 한다. 해당 무선 기술에서 Per-Flow QOS 제공이 가능한 경우에는 해당 Class에 Mapping 이 가능하다. Flow 별로 (예: 오디오와 비디오를 분리하여 수신하는 경우 각각 다른 Flow로 설정)가능해야 한다. 한 서비스 내에서 Media별로 (예: 오디오와 비디오를 분리) 서로 다른QOS 설정이 가능해야 한다.

 

4. 이기종 네트워크 상의 Mobile VoIP 요구사항 분석

국내에서는 1999년부터 이동전화사업자의 서비스 품질에 대한 평가 작업을 추진해 왔으며 최근에는 WCDMA, HSDPA, 와이브로, VoIP를 포함한 다양한 서비스의 품질을 평가하려는 노력을 하고 있다. 하지만, 와이브로나 무선랜과 같은 무선 인터넷을 통한 음성서비스 즉, Mobile VoIP에 대한 품질 평가 사례나 기준은 현재 없는 실정이다. 또한, All-IP 기반의 통신/네트워크 시장으로 진화해가면서 이종망간의 서비스 연속성을 IP 기반에서 제공할 수 있는 기술이 점차 요구되고 있다. 따라서, 이기종망에서 Mobile VoIP와 같은 서비스를 제공하기 위해 VoIP의 품질 요구 사항 분석이 선행되어야 하며, 이종망 간의 핸드오버를 포함하는 이동 환경을 고려한 요구사항 분석이 필요하다.

 

4.1. 음성 품질 요구 사항

음성 품질 요구 사항 분석을 위해 현재 시행되고 있는 음성 품질을 평가하기 위한 방법에 대해 설명한다. 음성 품질 평가 방법으로는 MOS(Mean Opinion Score)와 같은 주관적 평가 방법, PESQ(Perceptual evaluation of speech quality), E-Model 등과 같은 객관적 평가 방법이 있다.

 

4.1.1. MOS

MOS는 음성 코덱에 의해 음성 신호를 압축 과정과 네트워크 전송 후에 수신된 음성 품질에 대해 1~5점까지 5단계로 나누어서 미리 선정된 청취자 집단에 의해 평가하는 방법이다. 대화형 의견 테스트, 청취 의견 테스트, 인터뷰 및 조사 테스트 등으로 주관적인 점수를 매기기 된다. MOS는 ITU에서 개발한 기법이며 ITU-T P.800에 정의되어 있다. MOS 점수가 4.0 이상이면 유선전화 수준의 통화품질(toll quality)라 여겨지며 200~3200Hz의 아날로그 전화 음성 품질과 거의 구분할 수 없는 음성 품질을 의미한다. 3.5~4.0이면 상대방과 자연스러운 통화를 하기에 충분한 정도의 음성 품질(communication quality)을 의미한다. 2.5~3.5 사이는 통화는 가능하지만 자연성이 부족하고 상대 화자를 식별할 수 없을 정도의 음성 품질(synthetic quality)을 의미한다. 이러한 테스트 수치는 실제 사람들이 느끼는 품질을 확인할 수 있는 주관적인 평가 방법으로 절대적인 수치라고 볼 수 없으며, 동일한 환경에서 동일한 테스트를 진행하더라도 피실험자에 따라 다를 수 있기에 문제점을 가지고 있다. 표 1은 MOS의 평가에 대한 기준을 나타낸 것이다.

 

MOS	Quality	Impairment
5	Excellent	전혀 없음
4	Good	거의 없음
3	Fair	약간
2	Poor	약간 심함
1	Bad	심함

 

4.1.2. PESQ

PESQ(perceptual evaluation of speech quality)는 음성 품질에 대한 객관적인 평가 방법으로서 ITU-T 권고안 P.861/862에 정의된 표준 음질 측정 방법이다. PESQ는 원래의 신호와 이 신호가 통신 시스템을 통과하여 나온 감쇄된 신호를 비교하여 평가하게 되는데, 그림 1은 PESQ의 개략적인 모습을 나타낸다. 원래 음성과 감쇄된 음성을 입력했을 때, 양측의 신호 특성 차이에서 음성의 품질을 측정하는 PSQM을 바탕으로 하고 있으며, 패킷손실 등에 대응하기 위해 인지모델을 개량한 객관적인 평가 방법으로 알려지고 있다. PESQ는 단 방향인 청취 음성 왜곡 및 잡음을 측정할 수 있지만 loudness loss, 지연, 에코 등의 전송 품질은 반영하지 않고 있는 단점이 있다. 따라서 PESQ 값이 높더라도 양방향 대화 품질인 통화 품질은 낮을 수 있어 양방향 통화 품질 평가를 고려한 측정 방법이 요구된다. PESQ 값은 -0.5에서 4.5 사이에 위치하기 때문에 MOS와 혼용하여 사용할 수 없다.

 

 

4.1.3. E-Model

ITU-T 표준 권고안 G.107에서는 음성 통화 품질 평가 기준인 E-Model에 대한 표준을 정의하고 있다. E-Model은 ETSI(European Telecommunications Standards Institute)에서 1993년에 표준화되었고, ITU-T에서 G.107로 승인하였다. E-Model은 망을 설계하고자 하는 사람이 실제 망을 설치하기 전에 망의 품질을 계산식을 통해 추정하기 위한 설계 도구로서 개발되었으며 패킷 손실, 지연 시간 등에 대해 고려하고 있기 때문에 PSTN 뿐만 아니라 데이터 망의 음성 품질에 적용되고 있다. 이러한 PESQ와 E-Model을 비교하면 표 2와 같다.

 

구분	PESQ	E-Model
특징	End-to-end 측정 음질의 직접 실측 (원음과 왜곡음을 비교)	IP Network 구간 측정 MOS의 간접 추정 (네트워크 성능/품질을 측정하여 음성품질을 예측)
장점	Mouth-to-Ear 구간 전체 반영 실제 청취 체감 품질 측정 - 발/착신자의 입에서 귀에 이르는 단대단 구간 (IP망구간, 무선구간, 단말구간 등) 모든 품질저하요소가 반영됨	측정 편의성 및 객관성 확보 - 단순한 IP망구간 품질 항목(loss, delay, jitter 등) 측정을 통한 R값 산출 및 MOS로 추정이 가능 양방향의 대화 품질 측정 가능
단점	청취 품질(MOS-LQO)만 측정 가능 (대화 품질은 측정 불가)	IP 망 구간 내 전송품질만 확인 가능 회선교환망으로 핸드오버 이후 측정 불가

 

4.2. Mobile VoIP 특징 및 품질 기준

4.2.1. 표준 기구별 인터넷전화 품질 분류

• ITU-T

ITU-T에서는 R값에 대하여 표 3과 같이 분류하고 있다. 이 분류는 ITU-T G.109에 따른 것으로서 3.1KHz에서 핸드셋 단말을 사용한 종단 간 음성 전송 품질을 5개의 범위로 구분해 사용자 만족도를 나타내었다. R값은 평균적인 값으로 서로 다른 카테고리의 경계가 명확히 구분되는 것은 아니다.

 

R 값	MOS-CQE	음성 전송 품질	사용자 만족도
90 ≤ R < 100	4.34	매우 높음	매우 만족
80 ≤ R < 90	4.03	높음	만족
70 ≤ R < 80	3.60	보통	일부 이용자 불만족
60 ≤ R < 70	3.10	낮음	다수 이용자 불만족
50 ≤ R < 60	2.58	매우 낮음	거의 모든 이용자 불만족

 

• TIA

미국의 표준화 기구 TIA(telecommunications industry association)에서는 ITU-T E-Model에 따라 R값으로 종단간 인터넷 전화의 품질 기준을 표 4와 같이 정의하고 있다.

 

R 값의 범위	통화 품질 분류
80 ≤ R	높음
70 ≤ R ≤ 80	보통
50 ≤ R ≤ 70	낮음

 

4.2.2. 국내 인터넷 전화 품질 기준

정부 인터넷 전화 역무 고시에 명시된 국내 인터넷 전화의 최소 품질 수준은 표 5와 같다.

 

구분	품질 지표	품질기준
통화품질	R값	70 이상
	단대단 지연	150ms 이하
접속품질	호 성공률	95% 이상

 

4.3. 이기종 네트워크 상의 Mobile VoIP 고려사항

Mobile VoIP 가입자란 무선으로 이동 중에 인터넷 망을 통하여 전화서비스를 이용하는 사용자로서 무선랜이나 와이브로가 대표적인 접속망이 될 수 있으며 이외에도 PSTN이나 CDMA, WCDMA와 같은 회선 교환망의 이용자 역시도 통화 대상자망이 될 수 있다. 이러한 여러 망의 종류를 고려할 때 mobile VoIP 가입자가 경험하게 되는 통화 형태는 크게 동종망의 mobile VoIP 가입자와 통화하는 경우와 이종망의 음성서비스 사용자와 통화하는 경우로 나누어진다. 특히, mobile VoIP 가입자가 통화 중에 이종망으로 핸드오버하는 경우를 고려하여야 한다. 표 6은 mobile VoIP에서 대표적으로 발생 가능한 통화 형태별 망의 종류 변화를 나타낸 것이며, 통화형태 변화에 따른 통화 품질의 영향을 표 7로 나타내었다.

 

핸드오버에 따른 mobile VoIP 가입자의 망변화			상대측 통화자의 망	통화형태 변화
유형	핸드오버 이전	핸드오버 이후
동종망간 핸드오버	와이브로	와이브로	PSTN	이종망간 통화 유지
			유선인터넷	동종망간 통화 유지
			와이브로	동종망간 통화 유지
			CDMA	이종망간 통화 유지
이종망간 핸드오버	와이브로	CDMA	PSTN	이종망간 통화 → 이종망간 통화
			유선인터넷	동종망간 통화 → 이종망간 통화
			와이브로	동종망간 통화 → 이종망간 통화
			CDMA	이종망간 통화 → 동종망간 통화

 

핸드오버에 따른 통화형태 변화	핸드오버 전후의 통화 품질 변화
동종망간 통화 유지	변화 없음
이종망간 통화 유지	변화 없음(초기 수준 유지)
동종망간 통화 → 이종망간 통화	망연동, 코덱 변환 등에 따른 품질 저하 가능성
이종망간 통화 → 동종망간 통화	동종망 통화에 따른 망연동이나 코덱 차이가 없기 때문에 지연시간이나 지터 등의 품질 개선 가능
이종망간 통화 → 이종망간 통화	이종망의 종류에 따라 품질 개선 또는 저하

 

이러한 인터넷 전화의 서비스 품질은 송수신자간의 음성을 주고받을 때의 통화 품질과 호접속과 관련된 접속품질의 두가지 요소로 구분할 수 있다. PESQ와 단대단 지연시간은 통화품질에 속하는 지표라 볼 수 있으며, 호 성공률은 접속품질과 관련된 지표라 볼 수 있다. PESQ 값은 정지시와 이동시로 나누어 통화품질 기준을 구분할 수 있는데 MOS로 환산한 값이 3.6정도일 경우 중간 등급(medium), 2.5정도일 경우 수용할 수 있는(acceptable) 정도의 품질로 여겨진다. 단대단 지연시간은 300ms 이하 정도가 요구되며 호 성공률은 95% 이상이 요구된다. 따라서 이기종망간의 핸드오버 시에도 이러한 mobile VoIP의 요구사항을 만족시켜야 하며 이를 위한 핸드오버 기법 설계가 필요하다.

 

5. 결론

본 문서에서는 이동성을 제공하는 실시간 응용서비스의 대표적인 예인 Mobile IPTV와 Mobile VoIP를 대상으로 요구사항을 분석하였다. 기존의 고정된 환경에서 제공되던 서비스와 달리 이동성이나 각종 이기종 네트워크 간의 이동성 지원과 같은 다양한 요구사항들이 요구되고 있으며, 이러한 서비스가 빠르게 상용화되고 보급되기 위해서는 위와 같은 요구사항들을 만족시켜야 할 것이다. 본 문서에서 분석한 요구사항을 해결할 수 있는 다양한 이동성 관리 기술이나 품질관리 기술들이 개발되어야 할 것이다.

   

참 고 문 헌

[1] TTA, “모바일 인터넷전화 통화품질 기준,” TTAK.KO-01.0148, 2009.12.

[2] TTA, “Non-NGN 기반 MobileIPTV 요구사항,” TTAK.KO-08.0021, 2009.6.