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유무선통합 VoIP 미디어게이트웨이 기술 동향

강태규* 김도영** 김대웅***

인터넷 전화 프로토콜인 VoIP(Voice over Internet Protocol)는 인터넷 표준 단체인 IETF에 이어, 유선의  ITU-T와 무선의 GPP 3GPP2 표준 단체에서도 채택함에 따라, 유무선 통합의 핵심 기술로 부각되었다. 본 고에서는 VoIP에서 사용되는 게이트웨이 기능을 분석하여 RGW, AGW, TGW를 재해석하였으며, 조사기관의 데이터를 이용하여 네트워크 인터페이스, 코덱, 프로토콜, 용도로 구분하여 분석하였다. 또한, VoIP 게이트웨이의 현재 기술을 분석하고, 차세대 유무선 통합 네트워크에서 사용하게 될 VoIP 게이트웨이 기능을 제시하였다.

I. 서 론

유선의 PSTN(Public Switched Telephone Net-work)과 이동통신 PCS(Personal Communications Service)는 회선 교환 방식과 CCS(Common Channel Signaling) No.7를 사용하며, 인터넷과 WLAN(Wire-less Local Area Network) VoIP(Voice over Internet Protocol) 기술을 사용한다. 2002년부터 인터넷 가입자 수가 증가(2002 5월 현재 PSTN 서비스 가입자 수 2,312만 명, 이동통신 서비스 가입자 수 3,056만 명, 인터넷 사용자 수 약 2,359(ADSL가입자 수 857만 명, PC(Personal Computer) 통신 가입자 수 1,502)하고, VoIP 기술이 성숙되어 감에 따라 유선 PSTN과 이동통신의 3GPP 3GPP2에서는 VoIP의 핵심 기술인 SIP(Session Initiation Protocol), SDP(Session Description Protocol), Megaco(Media Gateway Control) 프로토콜[1-5]을 채택하기에 이르렀다. 이와 같이, 유선, 무선, 인터넷 사용자 수가 대등한 값을 갖고 있으므로 네트워크간에 상호 연계하기 위한 유무선 통합 서비스가 대두되었다.

회선 교환 기술에 의한 네트워크를 대체할 차세대 네트워크(Next Generation Network: NGN)와 유무선통합 네트워크의 대표적인 장비로서 VoIP 게이트웨이가 있다. VoIP 게이트웨이는 기존 유선 PSTN과 무선 PCS의 회선 교환 망 접속 기능과 IP 기반 네트워크 접속 기능을 보유하고 있으며, 회선 교환 망과 IP 네트워크간에 신호 데이터 및 미디어 데이터를 중계하는 관문 역할을 한다. 게이트웨이를 기능적으로 구분하면 SGW(Signaling Gateway), MGW(Media Gateway), MGC(Media Gateway Controller)로 구분한다. 미디어게이트웨이(Gateway: GW)는 기능적 특성에 따라 RGW(Regidential Gateway), AGW(Access Gateway), TGW(Trunk Gateway)로 구분한다.

본 고에서는 NGN 구조, 프로토콜 스택, 게이트웨이의 기능에 의한 분류를 제II장에서 설명하였다. III장에서는 VoIP 게이트웨이의 개발 동향 분석으로서 게이트웨이의 네트워크 인터페이스, 코덱, 프로토콜, 용도에 의한 구현 조사 결과를 인용하여 설명하였다. IV장에서는 VoIP 게이트웨이 개발에 필요한 현재 기술을 나열하였고, 차세대 유무선 통합 게이트웨이 기능을 제시하였다.

II. VoIP 게이트웨이의 기능

게이트웨이를 기능적으로 구분하면 SGW, MGW, MGC로 구분한다. SGW는 발신과 착신간의 호 처리 신호 프로토콜을 처리하기 위한 네트워크 장치이다. MGW는 호 처리 신호 프로토콜이외의 미디어 데이터를 처리하는 네트워크 장치이다. MGC MGW를 제어하기 위한 네트워크 장치이다. 미디어게이트웨이(MGW)의 종류는 RGW, AGW, TGW가 있다[6-7].

1. 차세대 네트워크 구조

RGW, AGW, TGW에 대한 미디어게이트웨이(MGW)의 유선, 무선, 인터넷에서의 위치를 (그림 1)에서 나타내고 있다.

RGW, AGW, TGW MGW라 통칭하며, MGW를 제어하는 기능을 MG Controller라고 한다. MG MGC로 구분하고 이들간에 IETF ITU-T에서 표준화된 Megaco 프로토콜로 제어함으로써, 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 되었다. 이렇게 기능 분리를 실현하였기 때문에, 기존의 교환기에서 MG MGC가 통합된 형태의 비효율적인 문제를 해결할 수 있고, 기본적인 네트워크의 구조도 변화하였다.

MG Controller와 신호게이트웨이(Signaling Gateway: SG)를 동일한 시스템으로 만드는 경우에는 소프트스위치라고 한다. 교환기를 스위치라고도 했지만, 최근에 소프트스위치와 더불어 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 스위치, LAN 스위치, IP 스위치, MPLS(Multi-Protocol Label Switch) 등과 같이 스위치라는 유사한 이름이 유명세를 타고 있다. 소프트스위치는 기존의 하드웨어 위주의 스위치에 대응하여 소프트웨어 중심의 스위치라 해서 명칭을 소프트스위치라고 한 것이라 추정된다. 소프트 스위치는 IP 계층 위의 음성 호 처리 기능을 갖는 반면, ATM 스위치, LAN 스위치, IP 스위치, MPLS 등의 스위치는 IP 아래 계층의 스위칭 기능을 갖는 것이 다른 점이다.

2. 게이트웨이 VoIP 프로토콜 스택

유무선 인터넷 프로토콜은 ALL IP 기반으로 통합된 환경에서는 (그림 2)와 같은 스택 구조를 갖는다. 인터넷의 하위 네트워크 프로토콜인 계층 2는 이더넷, ATM, MPLS, DWDM 등의 사용에 관계없이 인터넷 프로토콜(Internet Protocol: IP)을 사용하면, IP기반의 데이터와 음성 서비스 모두를 제공할 수 있다.

인터넷 프로토콜 상위 기반으로는 회선 교환 망과 연동하기 위한 CCS(Common Channel Signaling) No.7 신호 호 처리 프로토콜 부분인 SCTP(Stream Control Transmission Protocol), MTP3(Message Transfer Part Level 3), M2PA(SS7 MTP2-User Peer-to-Peer Adaptation Layer), M2UA(SS7 MTP2-User Adaptation Layer), M3UA(SS7 MTP3-User Adaptation Layer), SCCP(Signaling Connection Control Part), TCAP(Transaction Capabilities Application Part)으로 구성한다[8-10].

TCP(Transmission Control Protocol) UDP(User Datagram Protocol) VoIP 호 설정 프로토콜과 음성 데이터를 전달하는 프로토콜로 각각 사용한다. 호 제어 및 관리를 위하여 H.323, SIP, Megaco를 사용하고, 음성 데이터는 G시리즈로 전달하고, 화상데이터는 H시리즈로 전송한다. 이들 데이터는 RTP(Realtime Transport  Protocol)/ RTCP(RTP Control Protocol) 프로토콜을 이용하여 실시간으로 전송한다.

3. 게이트웨이의 기능에 의한 분류

기존의 하드웨어 기반의 유선의 PSTN 교환기 및 무선의 교환기(MSC)는 미디어를 전달하는 기능과 미디어를 제어하는 기능이 하나의 시스템으로 되어 있었다. 그러나, VoIP에서는 미디어 전달 기능과 미디어 제어 기능이 분리되었다. 미디어 전달 기능과 미디어 제이 기능 간에 인터페이스를 규격화(IETF RFC 3015/ITU-T H.248 Megaco)하였다. 이러한 기술의 변화에 따라, 미디어 데이터 처리 기능을 고유의 기능 특성에 따라 RGW, AGW, TGW로 구분하였다. < 1> RGW, AGW, TGW가 각각 갖고 있는 기능들을 표시하여 구분을 보다 명확하게 정의한다.

네트워크 입장에서 구분하면, 가입자 연결 및 관리 기능이 있는 경우에는 RGW AGW이고 없는 경우에는 TGW인 반면, 트렁크 연결 및 관리 기능이 있는 경우는 AGW TGW라 하고, 없는 경우에는 RGW로 구분할 수 있다.

VoIP 게이트웨이의 종류에 관계없이 다양한 코덱을 사용할 수 있다. 기존의 회선 교환 방식에서는 G.711 코덱만을 사용한 것에 비하여, VoIP 단말에서는 코덱을 다양하게 선택하여 사용할 수 있다. 사용자의 선택에 따라 코덱이 다양하게 사용하게 되는 환경에서는 RGW, AGW, TGW 등에서 발신과 착신간의 상이한 코덱을 변환하게 해주는 트랜스 코덱 기능이 있어야 한다. PCM으로 변환과정을 거치는 Tandem방식과 코덱간에 직접 변환하는 Tandemless 방식이 있다. Tandemless 방식은 Tandem 방식에 비하여 처리 시간이 단축되는 효과로 인하여 새롭게 부각되는 기술이다.

사용성 측면에서는 AGW는 기존의 PSTN 교환기의 노후화에 따른 대체용으로 사용하는 추세이며, AGW TGW는 새로운 형태의 사용 형태를 지원하는 네트워크 장치 요소로서 발전할 예정이다.

 

III.      VoIP 게이트웨이의 개발 동향 분석

1. 게이트웨이 네트워크 인터페이스

게이트웨이는 기본적으로 네트워크 인터페이스를 갖고 있다. 각종 다양한 네트워크 인터페이스가 존재하며, 이들 네트워크 인터페이스를 제공하는 게이트웨이의 개수 결과는 다음 표와 같다. 71개의 게이웨이에서 네트워크 인터페이스를 조사한 결과 TDM인 경우에 71, DS1/E1인 경우에 66, ISDN PRI인 경우에 63개로 구현되어 있었다. 이러한 결과 값으로 볼 때, TDM, DS1/E1, ISDN PRI는 기본적으로 갖추어야 할 네트워크 인터페이스이다.

Cable Modem이나 ADSL 부분에 대한 구현 수가 작게 나타났으며, 이는 아직도 이에 대한 수요가 부족하거나 필요성 부재로 인한 원인이라고 추정한다.

2. 게이트웨이 코덱

게이트웨이는 음성 전달을 위하여 코덱이 필요하다. PSTN에서는 코덱의 종류가 G.711 PCM 하나였으나, VoIP와 이동통신의 출현으로 코덱의 종류가 증가하였다. 각 코덱의 구현 개수는 (그림 4)와 같다. 모든 게이트웨이에서 G.711를 선택하여 개발하였다. 아직까지는 G.711이 코덱의 중심에서 대표성을 갖는 코덱이다. VoIP의 상징 코덱인 723.1 50, G.729a 62개를 나타내고 있다. G.722를 제공하는 게이트웨이는 전혀 없는 0으로 나타나고 있다.

음성 코덱의 고품질을 나타내는 G.722를 개선한 G.722.2은 확인하는 항목도 없고, G.722.2의 근간이 되는 G.722도 구현 개수가 가장 낮은 0으로 기록한 것을 보면, 현재의 시장은 없지만, 미래의 시장에서 선점할 수 있는 부분이라고 판단할 수도 있다.

3. 게이트웨이 호 설정 프로토콜

미디어게이트웨이(MG: Media Gateway)와 소프트스위치(SS: SoftSwitch)는 호처리를 위한 프로토콜을 갖고 있다. 이들 프로토콜은 H.323, SIP, Megaco 등으로 크게 구분된다. 게이트웨이와 소프트스위치에서의 사용 현황은 (그림 5)와 같다.

H.323 프로토콜이 미디어게이트웨이 42, 소프트스위치 35개로 가장 많이 탑재되어 있다. 하지만, SIP SIP+가 같은 계열이라고 하면, SIP 프로토콜로 많이 전환하고 있음을 보여주고 있다. Megaco 프로토콜은 MG에서는 6, 소프트스위치에서는 28개로 나타났고, 이들 개수의 차이가 가장 큰것으로 나타났다. Megaco는 미디어게이트와 소프트스위치간에 채널 상태를 주고 받는 프로토콜로서, 미디어게이트와 소프트스위치 모두에 탑재되어야 동작이 가능하다. 이러한 Megaco의 특성을 비추어 볼 때, 개수의 차이가 가장 작게 나타났어야 하는데, 가장 크게 차이를 낸 이유는 아직은 미디어게이트 제품 군에서 Megaco 프로토콜 개발없이 미디어 게이트웨이와 미디어 제어 프로토콜을 하나의 시스템으로 개발한 제품이 많을 것으로 추정하기 때문이다.

4. 게이트웨이 용도

소프트스위치는 2010년까지 12,080개가 설치될 것이다. 이들의 총 누적 비용은 174억 달러에 해당된다. 전세계의 VoIP 포트 수는 2010까지 75000만에 이를 전망이고, 미국의 약 34%를 차지할 것이다[11].

미디어 게이트웨이는 클래스 5 교환기, 탄뎀 교환기, 인터넷 오프로드, VoIP 오버레이, VoIP 트렁킹으로 사용될 수 있다. 이들의 사용 용도는 조사한 전체 71개 미디어 게이트웨이 중에 VoIP 오버레이로 60, VoIP 트렁킹으로 58, 인터넷 오프로드 55, 탄뎀 교환기 49, 클래스 5 교환기는 21개로 집계되었다[11].

25개의 소프트스위치(또는 게이트키퍼)를 조사한 결과 중에 사용 용도가 탄뎀 교환기용으로 20, VoIP 트렁킹용으로 18, VoIP오버레이용으로 15, 인터넷 오프로드용으로 15, 클래스 5 교환기 교체용으로 14개를 사용할 수 있다. 물론, 이들 5개 영역 모두 사용할 수 있는 장비들도 다수 있다[11].

미디어 게이트웨이는 클래스 5 교환기가 21개로 가장 낮은 용도로 사용하고 있으며, VoIP 트렁킹 58 VoIP 오버레이 60를 위하여 주로 사용됨을 나타내고 있다.

소프트스위치는 탄뎀교환기 20으로 가장 높은 수치로서 주로 탄뎀 교환기를 대체하기 위하여 많이 사용하고 있음을 나타내고 있다.

 

IV. 유무선 통합 VoIP 게이트웨이 기술 분석

1. 게이트웨이 현재 기술

게이트웨이는 PSTN 기반에서  All IP 기반으로 변화하는 과정에서  VoIP PSTN를 연계하는 기능으로 보급되고 있다.

미디어 게이트웨이 개발에 필요한 기술은 DSP Chip, Transcodec Engine, 도듈, 레퍼런스 플랫폼(Reference Platform), VoIP Software Package, Media Gateway로 구분할 수 있다. DSP Chip VoIP 기능을 탑재하는 추세이다. Transcodec Engine ST(Speech Transcodec) 알고리듬을 동작하는 엔진이다. Transcodec Engine의 핵심 요소 기술은 어떠한 미디어게이트웨이에도 탑재 가능하도록 ST 알고리듬과 미디어 게이트웨이간에 중재자 역할(API: Application Program Interface)을 구성하는 것이다. 모듈은 코덱과 트랜스 코덱을 갖는 최소 단위이다. 모듈을 이용하여 레퍼런스 플랫폼이나 게이트웨이 등을 만들 수 있다. 레퍼런스 플랫폼은 모듈이 동작하는 것을 증명하기 위한 참조 모델이다. 레퍼런스 플랫폼이 필요한 이유는 모듈 또는 요소 기술을 개발한 후에 그 모듈 또는 요소 기술이 동작하는지 여부를 증명하는 것이다. VoIP 소프트웨어 패키지는 ST 알고리듬을 포함한, Megaco 프로토콜 등과 같은 소프트웨어를 패키징하여 상품화할 수 있는 기술이다. 미디어 게이트웨이는 단품 솔루션으로 미디어 전달 게이트웨이로서 네트워크 장치의 독자적인 요소로서 존재할 수 있다.

2. 차세대  유무선 통합 게이트웨이 기능

차세대 유무선 통합 게이트웨이는 다음과 같은 기능을 갖게 될 것이다.

- 다양한 코덱 처리 기능

- 코덱간 변환하는 트랜스코덱 기능

- WLAN, PSTN, 인터넷, 이동통신 네트워크 간의 네트워크 투명성 제공 기능

- 음성, 텍스트, 브라우징, 화상 간의 미디어 투명성 기능

- 이기종간 메신저 통합 기능

- 3 서비스 사업자 API 제공 기능

다양한 코덱 처리 기능은 단말의 기능이 고급화됨에 따라 다양한 코덱을 단말에 탑재할 수 있기 때문에 다양한 코덱을 갖는 코덱을 처리할 수 있는 기능이 필요할 것이다.

코덱간 변환하는 트랜스코덱 기능은 단말이 다양한 코덱을 사용하기 때문에 단말간의 코덱이 상호 상이한 경우에 코덱을 변환시켜 일치시켜 주는 트랜스코덱 기능의 필요성이 증가할 것이다.

WLAN, PSTN, 인터넷, 이동통신 네트워크 간의 네트워크 투명성 제공 기능은 WLAN, PSTN, 인터넷, 이동통신 네트워크의 각각 사용자 수 및 사용 시간 수가 동등한 형태로 나타나기 때문에 각각의 사용자들에게 네트워크 구성과 관계 없이 투명성있게 서비스(: 이메일 주소, PSTN 주소, 핸드폰 주소, IP 주소 등을 공유 및 통합)를 제공하는 기능이다.

음성, 텍스트, 브라우징, 화상 간의 미디어 투명성 기능은 기존의 음성만 제공하던 시대에서 음성 통화도중에 텍스트 채팅하고, 웹브라우징을 공유하고, 화상으로 제품에 대한 정보를 동시에 주고 받을 수 있는 기능이다.

이기종간 메신저 통합 기능은 동일한 종류의 메신저간에만 통신하는 것이 아닌 이기종간에도 메신저 서비스를 받을 수 있는 통합 기능이다.

3 서비스 사업자 API 제공 기능은 통신 사업자에 의해 서비스를 제공하는 시대에서 인터넷 웹 서비스와 같이 다양한 홈페이지 서비스, (컬러링) 서비스, 전자상거래 서비스, 인트라넷 서비스, 워크플로 서비스 등을 제 3 서비스 사업자가 사용할 수 있는 인터페이스를 제공하는 기능이다.

 

V. 결 론

본 고에서는 NGN과 유무선 통합을 위한 미디어 게이트웨이의 특성을 분석하였고, 네트워크 구조, 프로토콜, 기술을 분류하고, 유무선통합 차세대 게이트웨이 기능을 제시하였다.

게이트웨이 기술은 네트워크가 진화하면서 발생한 과도기적인 형태로 나타났다. 현재의 게이트웨이는 기존의 교환기 기능을 대체하는 형태를 나타내고 있지만, WLAN, PSTN, 인터넷, 이동통신 네트워크를 통합하는 새로운 형태의 기능을 갖게 될 것이다. 특히, 다양한 코덱 처리 기능, 코덱간 변환하는 트랜스코덱 기능, WLAN, PSTN, 인터넷, 이동통신 네트워크 간의 네트워크 투명성 제공 기능, 음성, 텍스트, 브라우징, 화상 간의 미디어 투명성 기능, 이기종간 메신저 통합 기능, 3 서비스 사업자 API 제공 기능 등의 기능 제공으로 차세대 게이트웨이가 등장할 것이다.

차세대 유무선 통합 게이트웨이는 차세대 네트워크의 중요한 네트워크 요소이며, 유무선 통합 네트워크를 실현하는 기술이 될 것이다.

<참 고 문 헌>

[1]  ITU-T H.248, Gateway Control Protocol, 2000. 6.

[2]  F. Cuervo, Megaco Protocol Version 1.0, IETF RFC 3015, Nov. 2000.

[3]  IETF, The Megaco/H.248 Gateway Control Protocol, version 2, draft-ietf-Megaco-h248v2-01.txt, 2002.2.

[4]  F. Cuervo, Megaco Protocol version 0.8, IETF RFC2885, Aug. 2000.

[5]  T. Taylor, Megaco Errata, IETF RFC2886, Aug. 2000.

[6]  상완, 이경휴, 박권철, Access Gateway 기술 동향 및 제품 분석, 주간기술동향 통권 1061 , 2002. 8. 23., pp.13-20.

[7]  김정윤, 이경휴, 박권철, 소프트스위치 기술 및 제품 동향 분석, 주간기술동향 통권 1054 , 2002. 7.10., pp.1-14.

[8]  강태규, VoIP신호 메시지 처리를 위한 PSTN과 인터넷간의 SG-MGC 구성 방법, 5 회 차세대 통신소프트웨어 학술대회(NCS2001), 2002. 12. 6., pp.574-577.

[9]  강태규, 김도영, 차세대 인터넷 서비스 고도화를 위한 IETF의 인터넷 지능망 표준화 동향 분석, 한국전자통신연구원 주간기술동향 제 953, 2000. 7. 4, pp.1-17.

[10]      강태규, 김도영, 김봉태, 유무선 통합 네트워크에서의 VoIP를 위한 공통 논리 기능 구조 분석, 전자통신동향분석, 2002. 10, pp.47-54.

[11]      DAI, Voice over packet(IP and ATM), The DAI perspective a global telelcom technology series edition 43, 2001.10.

 

 

 

 


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