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문제 정의
- SIP의 목표는 E-mail 주소와 유사한 “youngpil@kornet.net" 형태의 단일 사용자 ID를 이용하여 언제, 어디서, 어떠한 단말기를 이용하여도 VoIP 서비스를 제공하는 것이다.
- 본 논문에서는 30인 이하 중소기업에서 인터넷으로 걸려오는 모든 통화를 요구에 따라 교환해줄 수 있는 소호용 임베디드 IP-PBX를 개발하였다. 본 논문에서 개발된 IP-PBX는 PBX(교환기능), ARS(자동 응답 시스템), 문자 메시지 전송기능, 게이트웨이 기능, PSTN 백업기능, 팩스기능, IPSec을 이용한 사설보안기능 등을 가지고 있으며, 실험을 통해서 그 성능을 입증하였다.
가설 설정
- (라) 콜러와 콜리는 통화를 한다.
제안 방법
- 그림에서 보는바와 같이 온도는 최소 2℃에서 최대 50℃까지, 습도는 30%∼90% 범위로 제어를 하였다. 구체적인 시험 환경 조건은 온도 및 습도를 25℃와 습도 50%를 1시간 유지하고, 온도35℃와 50%에서 90%까지 습도를 서서히 올리며 3시간을 유지하며, 그리고 온도50℃와 습도90%를 유지하며 12시간을 유지한 후 그림과 같이 온도와 습도를 내리면서 36시간을 시간을 실시하였다. 시험 결과 그림 14에서 보는 바와 같이 24시간 평균 CPU 사용률은 61%를 나타냈으며, 메모리는 52%를 사용하였다.
- 그리고 IP-PBX를 위하여 사설 프로토콜(아래의 IP-PBX)을 정의하여 VoIP 콜을 연결하기 위하여 SIP(Session Initiation Protocol)프로토콜을 사용하여 구현하였다. 그리고 ADD(Audio Device Driver)와의 보이스(Voice)데이터 통신을 위하여 RTP/RTCP 프로토콜을 구현하였다.[9]-[14]
- 프로토콜 스택은 5레벨로 구성되어 있으며 기본적인 인터넷에 사용되는 프로토콜 위에 본 논문에서 구현한 단말기 환경구성정보(Configuration)를 등록하기 위하여 웹(Web)과 텔넷(Telnet)프로토콜을 이용하여 구현하였다. 그리고 IP-PBX를 위하여 사설 프로토콜(아래의 IP-PBX)을 정의하여 VoIP 콜을 연결하기 위하여 SIP(Session Initiation Protocol)프로토콜을 사용하여 구현하였다. 그리고 ADD(Audio Device Driver)와의 보이스(Voice)데이터 통신을 위하여 RTP/RTCP 프로토콜을 구현하였다.
- 사설 IP를 가지고 있는 각 서버의 클라이언트와 클라이언트 간에 통화를 원할 때는 해당 서버가 마스터의 도움 없이 자신이 관리하는 콜리의 IP주소와 포트번호의 값을 콜러에게 주어 콜러 클라이언트와 콜리 클라이언트의 호를 연결하게 된다. 그리고 외부의 일반 전화망 또는 핸드폰과의 통화는 마스터 또는 서버를 통해서 연결이 가능 하도록 하였다. 각각의 통화 알고리즘의 설명은 다음과 같다.
- 본 논문에서 개발한 SOHO IP-PBX는 WAN(RTL8201) 1포트와 LAN(RTL8306SD) 4포트를 설계하였다. 그리고 인터넷이 단절될 때를 대비하여 백업용으로 FXO(F89010) 1포트를 설계하였으며, FXS(LE88266) 3포트를 두어 일반전화 3대를 인터넷 전화로 사용할 수 있도록 설계하였다. 이 모든 것을 처리할 수 있는 중앙처리 장치로는 미국 MindSpeed사에서 개발한 32bit 데이터/어드레스 버스를 가지고 있는 M82154 사용하였다.
- 인터넷 연결이 끊어졌을 때도 통화가 연결 될 수 있도록 하기 위하여 LE87010을 1 개를 사용하여 FXO 한 채널을 사용할 수 있도록 설계하였다. 그리고 팩스 또는 일반 전화도 본 장치에 연결하여 인터넷 전화처럼 사용할 수 있도록 하기 위하여 한 개의 모듈에서 FXS 2채널을 연결할 수 있는 LE88266 2개를 사용하여 3채널의 FXS를 설계하였다. 또한 본 장비에 무선 인터넷과 전화를 위해 Wi-Fi 모듈을 붙일 수 있게 설계 하였다.
- 논문에서 개발한 소형 임베디드 IP-PBX의 물리적 실험을 하기 위하여 한국통신에서 요구하는 조건에 맞추어 환경시험을 실시하였다. 환경시험은 항온 항습이 가능한 환경 챔버에 본 개발 장치를 넣은 후 발신용 인터넷 폰 6대와 착신 용 인터넷 폰 6대 도합 12대의 인터넷 폰을 G.
- 그리고 팩스 또는 일반 전화도 본 장치에 연결하여 인터넷 전화처럼 사용할 수 있도록 하기 위하여 한 개의 모듈에서 FXS 2채널을 연결할 수 있는 LE88266 2개를 사용하여 3채널의 FXS를 설계하였다. 또한 본 장비에 무선 인터넷과 전화를 위해 Wi-Fi 모듈을 붙일 수 있게 설계 하였다. 그리고 본 장치에 4개의 LAN(RJ45)을 연결할 수 있도록 RTL8306SD LAN 스위치 칩을 사용하였다.
- 본 논문에서 개발한 사설망을 이용한 임베디드 IP-PBX(이하 SOHO IP-PBX)의 하드웨어는 [그림 2-17]에서 보는 보는바와 같이 설계하였다. 본 논문에서 개발한 SOHO IP-PBX는 WAN(RTL8201) 1포트와 LAN(RTL8306SD) 4포트를 설계하였다.
- 본 논문에서 구현한 소형 임베디드 IP-PBX시스템을 이용하여 그림 11과 같이 외부(핸드폰, PSTN)와 통화를 할 때 마스터와 서버에 ITSP(Internet Telephone Service Provide)에서 부여 받은 전화번호 등과 같은 정보를 분산하여 등록가능 하도록 하였다. 서버에 등록이 되어 마스터와 서버는 서로의 간섭이 없이 외부와의 통화가 가능하다.
- 또한 동시 콜의 수는 해당 교환기를 사용하여 몇 명의 가입자가 사용할 수 있는가를 결정하는 중요한 요소이기도 하다. 본 논문에서는 개발 장비의 동시 콜 성능을 측정하기위하여 표 2에서 보는 바와 같이 10콜부터 매 5콜 단위로 증가시키며 음성품질(MOS), 패킷 손실, 콜 완료율을 측정하였다. 측정결과 패킷 손실률은 그림 15에서 보는바와 같이 0.
- 본 중앙처리 장치의 데이터 처리 속도는 450MHz이며, 또한 본 중앙처리 장치는 데이터와 네트워크 데이터를 각각 분리 하여 처리할 수 있는 이중(Dual Prosser)처리가 가능하도록 설계되어, 전화 교환 기능과 공유기능을 불리하여 실행하게 함으로써 CPU 효율성을 높였다. 인터넷 연결이 끊어졌을 때도 통화가 연결 될 수 있도록 하기 위하여 LE87010을 1 개를 사용하여 FXO 한 채널을 사용할 수 있도록 설계하였다. 그리고 팩스 또는 일반 전화도 본 장치에 연결하여 인터넷 전화처럼 사용할 수 있도록 하기 위하여 한 개의 모듈에서 FXS 2채널을 연결할 수 있는 LE88266 2개를 사용하여 3채널의 FXS를 설계하였다.
- 본 논문에서 구현한 소형 임베디드 IP-PBX시스템 단말기의 프로토콜 스택은 그림 5에서 보는바와 같이 구성하였다. 프로토콜 스택은 5레벨로 구성되어 있으며 기본적인 인터넷에 사용되는 프로토콜 위에 본 논문에서 구현한 단말기 환경구성정보(Configuration)를 등록하기 위하여 웹(Web)과 텔넷(Telnet)프로토콜을 이용하여 구현하였다. 그리고 IP-PBX를 위하여 사설 프로토콜(아래의 IP-PBX)을 정의하여 VoIP 콜을 연결하기 위하여 SIP(Session Initiation Protocol)프로토콜을 사용하여 구현하였다.
- 논문에서 개발한 소형 임베디드 IP-PBX의 물리적 실험을 하기 위하여 한국통신에서 요구하는 조건에 맞추어 환경시험을 실시하였다. 환경시험은 항온 항습이 가능한 환경 챔버에 본 개발 장치를 넣은 후 발신용 인터넷 폰 6대와 착신 용 인터넷 폰 6대 도합 12대의 인터넷 폰을 G.711코덱을 사용하여 서로 통화 상태를 유지한 후 실시하였다. 또한 시험의 공정성을 유지하기 위하여 시험인 정기관인 대전테크노 파크에서 실시하였다.
대상 데이터
- 711코덱을 사용하여 서로 통화 상태를 유지한 후 실시하였다. 또한 시험의 공정성을 유지하기 위하여 시험인 정기관인 대전테크노 파크에서 실시하였다. 본 실험의 온습도 조건은 그림 13과 같은 커브를 그릴 수 있도록 제어를 하였다.
- 본 논문에서 개발한 사설망을 이용한 임베디드 IP-PBX(이하 SOHO IP-PBX)의 하드웨어는 [그림 2-17]에서 보는 보는바와 같이 설계하였다. 본 논문에서 개발한 SOHO IP-PBX는 WAN(RTL8201) 1포트와 LAN(RTL8306SD) 4포트를 설계하였다. 그리고 인터넷이 단절될 때를 대비하여 백업용으로 FXO(F89010) 1포트를 설계하였으며, FXS(LE88266) 3포트를 두어 일반전화 3대를 인터넷 전화로 사용할 수 있도록 설계하였다.
- 본 논문에서 사용한 음성 보안 장치로는 가상사설망(VPN)에 주로 이용하는 IPSec을 사용하였다. IPSec은 IETF 워킹그룹에 의해 제안되고 표준화(RFC2401‐2412)된 보안 프로토콜로 스푸핑이나 스니핑 공격에 취약한 IP 프로토콜의 보안상 문제점을 해결하고 네트워크 계층에서의 보안성을 보장하기 위한 목적으로 개발됐다.
- 그리고 인터넷이 단절될 때를 대비하여 백업용으로 FXO(F89010) 1포트를 설계하였으며, FXS(LE88266) 3포트를 두어 일반전화 3대를 인터넷 전화로 사용할 수 있도록 설계하였다. 이 모든 것을 처리할 수 있는 중앙처리 장치로는 미국 MindSpeed사에서 개발한 32bit 데이터/어드레스 버스를 가지고 있는 M82154 사용하였다. 본 중앙처리 장치의 데이터 처리 속도는 450MHz이며, 또한 본 중앙처리 장치는 데이터와 네트워크 데이터를 각각 분리 하여 처리할 수 있는 이중(Dual Prosser)처리가 가능하도록 설계되어, 전화 교환 기능과 공유기능을 불리하여 실행하게 함으로써 CPU 효율성을 높였다.
성능/효과
- 이 가운데에서도 최근 개방성을 앞세워 폭발적인 인기를 끌고 있는 VoIP(Voice over Internet Protocol)기반의 무료 인터넷 전화 서비스는 일반사용자에게 인터넷 폰에 대한 인식을 확산시켰으며, 기존의 음성 통신시장에 새로운 변화를 야기하고 있다.[1] VoIP 보급은 인터넷 인프라 개선, 음성 코덱 기술의 발달, 국제 표준안 규격에 맞춘 VoIP 장비 및 소프트웨어의 상용화로 인해 확산되었다. 또한, 인터넷에서의 음성서비스를 통해 고객과의 접촉이 쉬어지고, 저렴한 통신비용, 유연한 대역폭을 활용한 부가서비스 및 차별화된 서비스구현, 다양한 서비스와의 통합 등의 장점으로 기존 통신망 기반의 서비스업체들이 VoIP를 도입하기 시작하였다.
- 본 논문에서 개발한 VPN기능을 가진 소형 유무선 임베디드 IP 교환기는 100% 독자적인 기술로 개발을 완료하였다. 그리고 본 논문에서 개발된 PBX 장비는 (주)한국통신(KT)의 BMT(Bench Marking Test) 항목인 연동시험, 기능시험, 하드웨어 물리적 시험을 모두 우수한 성적으로 통과하였다. 본 논문의 결과로 기대되는 효과로는 크게 기술적인 측면과 경제 산업적 측면으로 나누어서 볼 수 있다.
- [16] 통화 완료율은 그림 17과같이 같이 30콜까지는 통화 실패없이 100%의 호 완료율을 나타냈지만 30이상부터 90%대로 떨어졌음을 알 수 있었다 . 따라서 본 장비는 당초 개발 목표로 한 30인 이하의 사용자가 사용할 수 있는 교환기로 적당함을 알 수 있다.
- 먼저 기술적인 측면으로 기대되는 것은 SIP 음성 통신 프로토콜 제작 기술을 확보할 수 있으며, P2P IP-PBX 하드웨어 설계 기술을 확보 할 수 있다. 또한 본 기술에서 가장 중요한 PBX 기능 펌웨어 소프트웨어 제작 기술을 확보할 수 있다. 그리고 P2P형 IP-PBX용 실시간 리눅스 운영체제 제작 기술을 확보함으로써 소형 IP-PBX 뿐 만이라 중형, 대형의 IP-PBX 제작 기술 확보에도 커다란 기대 효과를 가져 올 수 있다.
- 그리고 FXO와 FXS 모든 포트가 동시에 사용할 수 있다. 또한 본 시스템은 24시간 운용 기준 99% 이상의 호 완료율을 보이며, IP 링크다운 시 PSTN 백업기능을 갖는다. 본 시스템의 기능은 아래 표에서 보는 바와 같이 크게 SIP 메시지 처리기능, 전화 서비스기능, 연동기능, 관리기능과 인터페이스 기능 등이 있으며, 부가기능으로는 음성 안내서비스(IVR), PC에서도 인터넷 통화를 할 수 있는 소프트폰 기능, 전화와 인터넷을 동시에 할 수 있는 인터넷 공유기능.
- 그리고 본 기술의 확보를 통해서 얻을 수 있는 경제적인 기대 효과로는 본 장비를 사용하는 소비자들은 IP-PBX를 통한 통신비용(시외 통화료 및 해외 통화료) 절감을 기대할 수 있다. 또한 일반적으로 회사에서 IP-PBX 도입할 시 초기에 많은 설치비용이 예상되지만 본 논문에서 개발한 IP-PBX를 도입 할 때는 상당한 비용 감소 효과를 거둘 수 있다. 본 장비는 이와 같은 기술적, 경제적 기대 효과를 기반으로 해외 수출에도 많은 기대효과를 가져올 수 있다.
- 본 논문에서는 30인 이하 중소기업에서 인터넷으로 걸려오는 모든 통화를 요구에 따라 교환해줄 수 있는 소호용 임베디드 IP-PBX를 개발하였다. 본 논문에서 개발된 IP-PBX는 PBX(교환기능), ARS(자동 응답 시스템), 문자 메시지 전송기능, 게이트웨이 기능, PSTN 백업기능, 팩스기능, IPSec을 이용한 사설보안기능 등을 가지고 있으며, 실험을 통해서 그 성능을 입증하였다. 다음 그림 1은 개발된 임베디드 IP-PBX 시스템 구성도이다.
- 본 논문에서 개발한 SOHO IP-PBX의 성능으로는 20 ~ 30인 이하가 사용할 수 있으며, 동시 인터넷 전화 통화 수는 15콜 까지 가능 하다. 그리고 FXO와 FXS 모든 포트가 동시에 사용할 수 있다.
- 본 논문에서 개발한 VPN기능을 가진 소형 유무선 임베디드 IP 교환기는 100% 독자적인 기술로 개발을 완료하였다. 그리고 본 논문에서 개발된 PBX 장비는 (주)한국통신(KT)의 BMT(Bench Marking Test) 항목인 연동시험, 기능시험, 하드웨어 물리적 시험을 모두 우수한 성적으로 통과하였다.
- 본 논문에서 개발한 소형 임베디드 IP-PBX의 H.323, C5 수용가입자, 기업용 프락시 수용 가입자(아크로,네이블), 센트랙스 수용가입자(네이블), 3G 연동호, POTS(PSTN) 연동, IMS 연동 등 KT에서 실시한 120가지의 연동시험 결과 모두 적합 판정을 받았다.
- 또한 본 시스템은 24시간 운용 기준 99% 이상의 호 완료율을 보이며, IP 링크다운 시 PSTN 백업기능을 갖는다. 본 시스템의 기능은 아래 표에서 보는 바와 같이 크게 SIP 메시지 처리기능, 전화 서비스기능, 연동기능, 관리기능과 인터페이스 기능 등이 있으며, 부가기능으로는 음성 안내서비스(IVR), PC에서도 인터넷 통화를 할 수 있는 소프트폰 기능, 전화와 인터넷을 동시에 할 수 있는 인터넷 공유기능. 주소록을 관리하고, 단문메시지를 전달할 수 있는 기능 등이 있다.
- 이 모든 것을 처리할 수 있는 중앙처리 장치로는 미국 MindSpeed사에서 개발한 32bit 데이터/어드레스 버스를 가지고 있는 M82154 사용하였다. 본 중앙처리 장치의 데이터 처리 속도는 450MHz이며, 또한 본 중앙처리 장치는 데이터와 네트워크 데이터를 각각 분리 하여 처리할 수 있는 이중(Dual Prosser)처리가 가능하도록 설계되어, 전화 교환 기능과 공유기능을 불리하여 실행하게 함으로써 CPU 효율성을 높였다. 인터넷 연결이 끊어졌을 때도 통화가 연결 될 수 있도록 하기 위하여 LE87010을 1 개를 사용하여 FXO 한 채널을 사용할 수 있도록 설계하였다.
- 구체적인 시험 환경 조건은 온도 및 습도를 25℃와 습도 50%를 1시간 유지하고, 온도35℃와 50%에서 90%까지 습도를 서서히 올리며 3시간을 유지하며, 그리고 온도50℃와 습도90%를 유지하며 12시간을 유지한 후 그림과 같이 온도와 습도를 내리면서 36시간을 시간을 실시하였다. 시험 결과 그림 14에서 보는 바와 같이 24시간 평균 CPU 사용률은 61%를 나타냈으며, 메모리는 52%를 사용하였다. 그리고 이러한 환경 조건에서도 6개의 콜이 모두 유지됨을 알 수 있었다.
- 본 논문에서는 개발 장비의 동시 콜 성능을 측정하기위하여 표 2에서 보는 바와 같이 10콜부터 매 5콜 단위로 증가시키며 음성품질(MOS), 패킷 손실, 콜 완료율을 측정하였다. 측정결과 패킷 손실률은 그림 15에서 보는바와 같이 0.2%에서 최대 1%까지 나타났으며, 그에 따라서 음성 품질 또한 그림 16과 같이 35콜까지 4.6을 유지하였으며 동시 40콜에서 4.18로 낮아졌다. 그러나 한국통신에서 요구하는 통화 품질 4.
후속연구
- 비록 후발 기업이긴 하지만 본 기술력을 토대로 세적인 통신 장비회사와도 당당히 그 기술력을 견줄 수 있다. 그리고 본 기술의 확보를 통해서 얻을 수 있는 경제적인 기대 효과로는 본 장비를 사용하는 소비자들은 IP-PBX를 통한 통신비용(시외 통화료 및 해외 통화료) 절감을 기대할 수 있다. 또한 일반적으로 회사에서 IP-PBX 도입할 시 초기에 많은 설치비용이 예상되지만 본 논문에서 개발한 IP-PBX를 도입 할 때는 상당한 비용 감소 효과를 거둘 수 있다.
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