KR100454502B1

KR100454502B1 - 아이피 라우터에서 ＶｏＩＰ 트래픽에 대한 ＱｏＳ를제공하는 장치 및 포워딩방법

Info

Publication number: KR100454502B1
Application number: KR10-2002-0032178A
Authority: KR
Inventors: 최길영; 박재우; 이규호; 이형호
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2002-06-08
Filing date: 2002-06-08
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2022-06-08
Also published as: US20030227907A1; KR20030094851A

Abstract

본 발명은 아이피 라우터에서 VoIP 트래픽에 대한 QoS를 제공하는 장치 및 포워딩방법에 관한 것으로, 데이터 트래픽을 포함하고 VoIP서비스를 제공하는 아이피망에 있어서, 아이피망에서 VoIP 콜 코디네이션 기능을 수행하고 VOIP 호 연결 정보를 멀티캐스트 전송방식으로 정보를 전달하는 소프트스위치; 소프트스위치로부터 수신된 정보를 사용하여 VoIP 패킷 포워딩 시에 QoS를 제공하는 라우터를 포함함으로써, VoIP 연결 정보를 각각의 라우터에 제공함에 있어 신뢰성 있는 멀티캐스트 전송방식을 사용하게 하며 소프트스위치가 관련 기능을 부가적으로 처리함에 있어 시스템의 부담을 줄일 수 있게 된다. 라우터에서는 패킷 포워딩을 수행하기 위한 플로우 테이블에 VoIP QoS 플로우와 QoS 정보를 추가하므로 VoIP 패킷인식과 QoS제공이 가능하게 된다. 이외에도 유사한 방식의 다양한 형태의 QoS 제공을 위한 플로우 관리를 제공할 수 있게 된다.

Description

아이피 라우터에서 ＶｏＩＰ 트래픽에 대한 ＱｏＳ를 제공하는 장치 및 포워딩방법{Apparatus for providing QoS on IP router and method for forwarding VoIP traffic}

본 발명은 음성트래픽을 IP망으로 통합할 때 라우터에서 전달되는 음성트래픽에 대한 QoS제공 분야에 관한 것으로, 특히, 라우터는 소프트스위치로부터 VoIP 플로우(flow)에 대한 정보를 수신해서 관리하고 패킷 포워딩시에 참조하여 VoIP가 요구하는 충분한 QoS를 라우터에서 제공하는 장치 및 패킷 포워딩하는 방법에 관한 것이다.

현재 까지의 VoIP(Voice over IP)서비스 기술이 주요 업무용 가입자들의 음성 가상사설망(Virtual Private Network, 이하 VPN) 제공을 위한 사설망 기술로 개발, 도입되어 왔다. 따라서 일반적인 다수의 가입자들이 보편적으로 VoIP 서비스를 제공받기 위해서는 여러가지 기능이 개선되어야 하는데 그 중에서 가장 중요한 것은 서비스 품질(Quality of Service, 이하 QoS) 개선이다. VoIP의 QoS제공을 위해서는 지연, 지연변이 등을 최소화 시켜야 하는데 IP망을 구성하고 있는 기존 대부분의 라우터에서 현재로서는 전체적인 지원이 용이하지 않은 실정이다. IP망에서 VoIP를 수용하는 통합 망 구축을 위한 한가지 망 장치로서 소프트스위치가 개발되고 있는데 소프트스위치는 VoIP 신호 프로토콜들간 상호 연동 기능의 제공을 목적으로 하고있다. 전체적인 VoIP의 서비스 품질의 제공을 위해서는 단말에서의 개선도 있어야 하겠지만 망 차원의 QoS제공이 우선되어야 한다. 망을 구성하는 기존의 라우터에서는 VoIP 패킷을 구분하고 인식하여 VoIP가 요구하는 QoS를 제공할 수 있도록 라우터에서 제공할 수 있는 가급적 높은 QoS를 할당 해야한다. 그러나 IP 프로토콜 구조상 VoIP 패킷에 대한 인식이 라우터에서 용이하지 않으므로 VoIP에 대한 망차원의 QoS 제공은 다소 어려운 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 문제점들을 해결하기 위해 IP 라우터에서 VoIP 트래픽에 대한 QoS를 제공하는 장치 및 라우터에서 패킷 포워딩을 하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 전체적인 망 구성도를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 소프트스위치에 대한 기능적인 구성요소들에 대한 블록도를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 라우터에 대한 기능적인 구성요소들에 대한 블록도를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 VoIP 호의 연결/해제 정보가전달되는 구조를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 소프트스위치와 라우터간에 주고받는 메시지 정보에 대한 구성을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 아이피 서비스타입의 옥텟 포맷에 대한 일실시예를 나타낸다.

도 7은 본 발명에 따른 라우터에서 패킷 포워딩하는 방법에 대한 흐름을 나타내는 도면이다.

상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 VoIP QoS 제공장치는, 데이터 트래픽을 포함하고 VoIP서비스를 제공하는 아이피망에 있어서, 상기 아이피망에서 VoIP 콜 코디네이션 기능을 수행하고 VOIP 호 연결 정보를 멀티캐스트 전송방식으로 정보를 전달하는 소프트스위치;상기 소프트스위치로부터 수신된 정보를 사용하여 VoIP 패킷 포워딩 시에 QoS를 제공하는 라우터를 포함한다.

상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 라우터에서 패킷 포워딩하는 방법은, 아이피라우터에서 브이오아이피 트래픽에 대한 큐오에스를 제공하는 방법에 있어서, (a) 수신한 패킷이 상기 라우터의 포워딩테이블의 정보에 존재하는 플로우인가를 판별하는 단계;(b) 상기 패킷이 브이오아이피 패킷인가를 검사하는 단계;(c) 아이피 서비스타입의 포맷에서 아이피 우선순위의 필드값을 소정의 값으로 설정하는 단계;(d) 상기 우선순위값에 따라서 큐잉된 패킷을 출력하는 단계를 포함한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 개략적인 IP망 구성도를 나타낸 것으로서, 기존 데이터 트래픽 이외에 VoIP 서비스를 제공하기 위한 IP망(110)은 서로 다른 서브네트워크 간의 라우팅과 패킷 포워딩기능을 수행하는 라우터(120)와 IP망(110)에 접속되어 VoIP 신호 프로토콜의 연동기능을 수행하는 소프트스위치(130)와 단말장치(140)로 구성된다. 망의 규모에 따라 소프트스위치(130)는 한 개 이상 존재할 수 있다.

호제어부(250)는 IP망에서 VoIP 서비스를 제공하는데 필요한 콜 에이전트(Call agent), 콜 서버(Call Server), 미디어 게이트웨이 컨트롤러(Media Gateway Controller) 기능들을 하나로 통합하였고 서비스응용부(240)는 서로 다른 신호방식에 대한 연동기능과 개방형 구조를 도입하여 새로운 서비스의 도입이 용이하게 하고 상호 호환성 및 상호 운용성을 제공한다. 신호프로토콜부(260)는 H.323 이나 SIP 와 같은 VoIP 신호 프로토콜, PSDN 연동을 위해 SS7 신호 인터페이스를 제공하고 IP망으로의 연동기능을 제공하고자 한다. 그리고 전체 시스템을 관리하는 시스템관리부(210), 아이피망을 관리하는 망관리부(220), QoS 제어 기능을 수행하는 QoS제어부(230)들로 구성된다.

VoIP 신호 프로토콜은 단 대 단(end-to-end) 이기에 소프트스위치(130)에서 라우터(120)가 VoIP 패킷에 대한 플로우 분류와 QoS를 제공하는데 필요한 호 연결의 설정 및 해제 시에 VoIP 플로우(flow)정보를 라우터(120)에 전달한다. 이 역할은 QoS제어 모듈(203)에서 종합적으로 처리토록 한다. 호 연결 설정 및 해제 정보는 단 대 단 VoIP 호에 대한 발신지 및 목적지에 대한 IP주소, UDP포트 번호 등이 사용된다.

도 3은 본 발명에 따른 라우터에 대한 기능적인 구성요소들에 대한 블록도를 나타내는 도면으로, 수십 기가급의 고속 라우터로 동작하기 위해 라우팅과 포워딩이 분리되어 있다.

프로세서모듈부(310)은 RIP, OSPF, BGP와 같은 라우팅 프로토콜(304)을 기본적으로 수행하는 라우팅프로토콜부(311), 라우팅테이블 정보를 유지관리하기 위한 라우팅데이터베이스(314), QoS 제어기능을 수행하는 QoS제어부(312), 망관리 에이전트기능을 수행하는 망관리에이전트부(313), QoS를 제공하기 위한 트래픽 플로우 제어 테이블을 관리하는 트래픽제어데이터베이스(315), 상위로부터 받은 QoS를 제공하기 위해 시스템 자원 관리와 연계된 QoS매핑부(316)를 수행한다.

라인카드(330)는 패킷 포워딩 기능을 수행하는데, 포워딩테이블부(331)는 고속 포워딩을 위해 라우팅데이터베이스(314)의 라우팅테이블 정보로부터 재구성된 포워딩테이블을 유지하고, 패킷분류부(333)는 수신한 패킷에 대한 데이터 패킷 분류와 포워딩을 한다. 스케쥴러부(337)는 분류된 패킷에 적당한 QoS 제공을 위해 우선 순위 큐잉을 하며 우선 순위 큐에 따른 출력 스케쥴링(317)을 수행한다. 입력된패킷이 다른 라인카드(330)를 통해 출력될 때 스위치인터페이스부(335)를 통해 소프트스위치(130)로 보내지고 출력포트의 라인카드(330)를 통해 망으로 포워딩된다.

도 4는 본 발명에 따른 VoIP 호의 연결/해제 정보 전달되는 구조를 나타내는 도면이다.

소프트스위치(410)와 라우터(420, 430, 440, 450)간의 VoIP 호 연결 및 해제 정보 전달구조는 멀티캐스트 전송을 기본으로 하고 있으며. 멀티캐스트를 사용하므로 인해 소프트스위치(410)가 정보 전달 시 시스템 부담을 최소화하고자 한다. 이때 신뢰성 있는 멀티캐스트 전송 방식을 사용하여 모든 수신자들이 정확한 데이터를 수신할 수 있어야 한다. 이를 위해 송신자는 수신자의 상태를 관리할 수 있어야 한다. 그리고 VoIP QoS를 제공하는 라우터 경로 상에 있는 모든 라우터는 멀티캐스트 기능을 제공해야 하고 각 라우터들 간에는 신뢰성있는 멀티캐스트 트리를 구성해야 한다. 소프트 스위치(410)는 멀티캐스트전송을 위해 대표 수신자를 지정하여 대표 수신자가 보내야 할 모든 라우터(420, 430, 440, 450)로 멀티캐스트 경로를 통해 보낼 수 있게 한다. 라우터(440, 450)에서 VoIP 단말장치(460, 470)들이 주고 받는 음성 데이터 패킷들을 인식할 수 있게 되고, QoS제공을 위해 높은 우선순위 큐잉 및 포워딩을 제공하게 된다.

소프트스위치(410)와 라우터(420, 430, 440, 450)간에는 마스터-슬레이브 관계를 가지고 동작한다. 먼저 기능 시작을 위해서는 제어용 연결을 설정하는 과정이 필요하며 멀티캐스트 전송 환경이 지원되면 클라이언트인 라우터에서는 멀티캐스트 그룹에 가입하는 등의 초기 가입을 위한 관리가 필요하다. 이렇게 설정된 제어정보 전달환경을 기반으로 소프트스위치(410)가 수행하는 VoIP세션이나 단대단 호 연결 정보(연결설정 및 해제를 포함한다)를 VoIP QoS 관리기능을 수행하는 대상그룹에 포함되어 있는 라우터(420, 430, 440, 450)에게 알려주고, 이 정보를 수신한 라우터(420, 430, 440, 450)는 자신이 관리하는 플로우 테이블(flow table)에 추가하거나 해제함으로써 VoIP 데이터 패킷을 인식하게되고 해당 패킷을우선 순위로처리하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 소프트스위치와 라우터간에 주고받는 메시지의 정보에 대한 구성을 나타내는 도면이다.

기본적으로 공통헤더(510)필드와 VoIP 호 연결 제어/상태 정보(520) 필드로 구성되며, 공통 헤더(510)에는 메시지 종류(Operation Code)나 메시지 길이 등을 포함한다. VoIP 호 연결 제어/상태 정보(520)는 호의 종류( H.323, SIP 등)와 근원지 IP주소, 목적지 IP주소, TCP/UDP포트 번호, 상태 정보 또는 QoS 정보 등을 포함한다. 공통 헤더(510)에는 해당 메시지의 종류(Operation Code)나 전체 메시지 길이 등을 포함한다

도 6은 본 발명에 따른 아이피 서비스타입(type of service)의 옥텟 포맷에 대한 일실시예를 나타낸다.

도 6(a)는 IP에서 정의되어 있는 서비스타입의 옥텟의 포맷으로 상위 3비트가 IP 우선순위(Precedence)(610)를 나타내며 값이 클수록 우선 순위가 높다. 그리고 다음 4 비트는 추가적인 서비스의 타입으로 지연(delay), 처리 능력(throughput), 안정성(reliability), 비용(cost) 등의 요구사항을 표시한다.그리고 도 6(b)는 IP에서 차별화 서비스를 제공하기 위해 기존 IP의 서비스타입의 옥텟을 사용하기 위해 정의된 포맷으로 기존 IP 서비스타입 옥텟을 동일하게 사용한다. 상위6비트가 차별화 서비스의 코드포인트(DSCP)로서(630), 기존 IP에서의 우선순위(Precedence) 필드와 중첩된다. 이 문제를 해결하기 위해 VoIP 패킷 포워딩 시에 도 6(a)의 IP 우선순위(Precedence) 값 5(101 B) 와 동일한 값에 해당하는 도 6(b)의 DSCP 값 40(101000 B)을 사용하는 방법을 일부 라우터에 사용한다. DSCP 필드(630)다음의 CU필드(640)는 2비트로써 현재 사용하고 있지 않는 필드이다.

라우터의 라인카드에서에서 패킷을 수신하면(710단계), 먼저 수신된 패킷의 IP헤더의 목적지 IP주소를 라인카드의 포워딩 테이블에서 검색하여 전달 할 다음 홉(next hop)이 있는 지를 판단하고(720단계), 만일 존재하지 않는 플로우이면 폐기하거나 디폴트 라우터로 포워딩하고(780단계), 만일 존재 한다면 VoIP 패킷인가를 검사한다(730단계). VoIP 패킷으로 판단되면 ToS 옥텟의 IP precedence 필드 값이 5인가를 확인해서(740단계) 5가 아니면 5로 세트하거나 DSCP값을 40으로 변경한다(750단계). 해당 플로우에 대한 우선 순위값을 포워딩티이블에서 검색(760단계)하여 얻어진 우선 순위에 따라 큐잉한다(770단계). 우선 순위에 따라 큐잉된 패킷을 스케쥴러에 의해서 우선 순위로 출력되게 된다. 즉 VoIP 패킷이 전달되는 첫번째 인그레스(ingress) 라우터에서는 중간 노드에 존재하는 라우터가 서비스타입 필드를 검사해서 VoIP패킷플로우를 인식할 수 있게 한다. 서비스타입의 Precedence필드만으로 VoIP 플로우를 인식하여 높은 우선순위전송을 하는 방법과 추가적으로 소프트스위치와 통신하여 얻은 VoIP 호 연결 정보를 확인해서 처리한다면 더 안정적이질 수 있으며 두 가지 방법을 선택적으로 사용할 수 있게 한다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 소프트스위치가 라우터로 VoIP호 연결 정보를 제공하게 하고 이를 사용하여 라우터에서도 VoIP 패킷에 대한 인식과 QoS를 제공할 수 있게 된다. VoIP 연결 정보를 각각의 라우터에 제공함에 있어 신뢰성 있는 멀티캐스트 전송방식을 사용하게 하며 소프트스위치가 관련 기능을 부가적으로 처리함에 있어 시스템의 부담을 줄일 수 있게 된다. 라우터에서는 패킷 포워딩을 수행하기 위한 플로우 테이블에 VoIP QoS 플로우와 QoS 정보를 추가하므로 VoIP 패킷인식과 QoS제공이 가능하게 된다. 이외에도 유사한 방식의 다양한 형태의 QoS 제공을 위한 플로우 관리를 제공할 수 있게 된다.

Claims

VoIP 신호 프로토콜의 연동기능을 수행하고, VoIP 호에 대한 발신지 및 목적지의 IP 주소 및 UDP 포트 번호를 포함하는 호 연결 정보를 멀티캐스트 방식으로 전송하는 소프트 스위치;

상기 소프트 스위치로부터 수신한 상기 호 연결 정보를 플로우테이블에 저장하고 관리하며, 패킷을 수신하면 포워딩 테이블을 기초로 상기 패킷에 대한 다음 홉이 존재하는지 판단하고, 상기 다음 홉이 존재하면 상기 플로우테이블에 저장된 호 연결 정보를 기초로 상기 패킷이 VoIP 패킷인지 파악한 후, 상기 패킷이 VoIP 패킷이면 높은 우선순위를 부여하여 상기 패킷을 상기 다음 홉으로 출력하는 라우터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VoIP 패킷에 대한 QoS 제공 장치.
제 1항에 있어서, 상기 소프트 스위치는,

콜 에이전트, 콜 서버 및 미디어게이트웨이 제어 기능을 제공하는 호제어부;

상기 VoIP 신호 프로토콜 및 PSDN를 연동하는 신호 인터페이스를 제공하는 신호프로토콜부; 및

시스템관리, 망관리 및 QoS 제어기능을 수행하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 VoIP 패킷에 대한 QoS 제공 장치.
제 1항에 있어서,

상기 소프트 스위치는 VoIP 패킷에 대한 플로우 분류 및 QoS를 제공하는 데 필요한 상기 VoIP 신호 프로토콜의 단대단 VoIP 호에 대한 발신지 및 목적지의 IP 주소 및 UDP 포트 번호를 포함하는 호 연결 설정 및 해제 정보를 상기 라우터에게 멀티캐스트 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 VoIP 패킷에 대한 QoS 제공 장치.
제 1항에 있어서, 상기 라우터는

라우팅 프로토콜을 수행하고 라우팅 테이블의 정보를 관리하는 프로세서모듈부;

패킷 포워딩을 수행하고 상기 라우팅테이블 정보로부터 포워딩테이블을 구성하여 데이터 패킷의 분류 및 포워딩에 사용하는 라인카드부; 및

상기 프로세서모듈부 및 라인카드부를 연결하여 고속스위칭을 하는 아이피 패킷스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 VoIP QoS 제공장치.
VoIP신호 프로토콜의 연동기능을 수행하는 소프트스위치로부터 VoIP 호에 대한 발신지 및 목적지의 IP 주소 및 UDP 포트 번호를 포함하는 호 연결 정보를 수신하는 단계;

상기 호 연결 정보를 플로우 테이블에 저장하고 관리하는 단계;

수신한 패킷의 IP 주소를 기초로 포워딩테이블을 검사하여 다음 홉이 존재하는지 판단하는 단계;

상기 판단결과 다음 홉이 존재하면, 상기 플로우 테이블에 저장된 호 연결 정보를 기초로 상기 수신한 패킷이 VoIP 패킷인지 파악하는 단계;

상기 수신한 패킷이 상기 VoIP 패킷으로 파악되면, 상기 패킷에 높은 우선순위를 부여하는 단계; 및

상기 설정된 우선순위에 따라 상기 패킷을 상기 다음 홉으로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우터의 패킷 포워딩 방법.
제 5항에 있어서, 상기 우선순위 부여 단계는,

상기 수신한 패킷이 VoIP 패킷이면 상기 수신한 패킷에 대한 IP 서비스 타입의 IP 우선순위 필드를 높은 우선순위 값으로 설정하는 단계; 및

상기 설정된 우선순위 값에 따라 상기 패킷을 큐잉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우터의 패킷 포워딩 방법.
제 5항에 있어서,상기 우선순위 부여 단계는,

상기 수신한 패킷이 상기 VoIP 패킷으로 파악되면, 상기 패킷에 대한 IP 서비스 타입의 옥텟 포맷의 IP 우선순위 필드 값을 5로 설정하고, 상기 설정된 IP 우선순위 필드 값에 따라 상기 패킷을 큐잉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우터의 패킷 포워딩 방법.
제 7항에 있어서,

상기 IP 서비스 타입의 옥텟 포맷은 우선순위를 나타내는 3비트의 IP 우선순위 필드 및 패킷의 지연, 안정성 및 비용에 대한 정보를 나타내는 하위 4비트의 서비스 타입 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 라우터의 패킷 포워딩 방법.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.