[논문]모바일 인터넷 전화 서비스의 예방적 서비스 품질 관리 체계 구축을 위한 품질 측정 소프트웨어 개발 및 신뢰성 검증

김진철; 김범준

doi:10.3745/kipstc.2011.18c.2.103

문제 정의

이러한 문제점을 인식하여 한국정보화진흥원(National Information society Agency; NIA)[17] 모바일 인터넷 전화 서비스의 지속적인 품질 개선과 서비스 이용자의 권익 보호를 위하여 체계적으로 서비스 품질을 평가, 관리, 개선하기 위한 체계 구축에 노력해왔다. 그와 같은 노력의 일환으로 본 논문에서는 상시적인 그리고 서비스 이용자의 능동적인 측정이 가능한 예방적인 모바일 인터넷 전화 서비스의 품질 관리 방안을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방안은 앞서 언급한 기존의 계측기기반 품질 관리의 단점을 극복하고 더 나아가서는 사업자들의 자발적인 품질 개선을 유도할 수 있다는 점에서 미래 지향적인 모바일 인터넷 전화 서비스 품질 관리 방안이라 할 수 있다.
본 논문에서 수행한 시험의 첫 번째 목적은 개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성 검증이다. 따라서 5.2절에서는 각 결과가 의미하는 바를 분석하기 보다는 개발된 소프트웨어에 의한 측정 결과와 상용 소프트웨어에 의한 측정 결과를 나열하여 개발된 소프트웨어에 의한 결과를 충분히 신뢰할 수 있는지를 우선적으로 판단하고자 하였다. 무선 품질 지표의 경우 개발된 품질 측정 소프트웨어나 상용 소프트웨어 모두 모뎀 제조사에서 제공하는 인터페이스를 이용하기 때문에 그리고 네트워크 품질 지표와 VoIP 품질 지표는 IETF 와 ITU-T의 표준을 따르기 때문에 유사한 결과가 나오는 것이 정상적이다.
본 논문에서 수행한 시험의 첫 번째 목적은 개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성 검증이다. 따라서 5.
본 논문에서는 모바일 인터넷 전화 서비스의 예방적인 서비스 품질 관리 체계를 제안하였다. 제안된 서비스 품질 관리 체계를 구현하기 위한 품질 측정 소프트웨어를 개발하였고 시험 환경을 구축하여 이의 신뢰성을 측정을 통하여 검증하였다.
본 절에서는 앞에서 설명한 시험 환경에서의 측정 결과를 바탕으로 개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성을 검증한다. 상당히 긴 기간에 걸친 시험 결과로 각 품질 지표에 대한 방대한 샘플 데이터를 얻었으나 본 논문에서는 지면상 대표적인 몇 개의 결과와 그로 인한 시사점을 설명하고자 한다.
본 절에서는 앞에서 설명한 시험 환경에서의 측정 결과를 바탕으로 개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성을 검증한다. 상당히 긴 기간에 걸친 시험 결과로 각 품질 지표에 대한 방대한 샘플 데이터를 얻었으나 본 논문에서는 지면상 대표적인 몇 개의 결과와 그로 인한 시사점을 설명하고자 한다. (그림 4)부터 (그림 9)까지의 결과에서 각 그림의 a)는 개발된 품질 측정 소프트웨어에 의한 측정 결과를 b)는 상용 소프트웨어인 OPTis 혹은 IxChariot에 의한 측정 결과를 보여준다.
앞에서 설명한 상시적인 그리고 서비스 이용자의 능동적인 측정을 통한 미래지향적인 서비스 품질 관리 체계가 지금까지 도입되지 못한 가장 큰 이유는 이를 구현할 수 있는 구체적인 방안이 제시되지 못했기 때문이다. 이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 모바일 인터넷 전화의 서비스 품질을 측정하기 위한 목적의 소프트웨어를 서비스 이용자 단말기에 탑재하는 방식을 제안한다. 이를 통하여 모바일 인터넷 전화 서비스 품질의 상시적인 측정이 가능하기 때문에 서비스 품질에 문제가 발생한 당시에 대한 정보를 얻을 수 있고 그에 따른 조치도 실시간으로 취할 수 있다는 장점이 생긴다.

제안 방법

RSSI뿐만 아니라 와이브로의 다른 품질 지표에 대해서도 이루어진 측정 결과를 각 품질 지표별로 평균, 표준편차, 최대값, 최소값에 대해서 요약하여 에 정리하였다.
마지막으로 측정 가능한 최상위인 VoIP 품질 지표로는 R 값과 MOS를 선정하였다. 개발된 품질 측정 소프트웨어는 E-Model[11]에 근거하여 산출되는 R 값을 이용하여 MOS를 측정하도록 구현되었다. 이를 위해서 품질 측정 소프트웨어는 앞서 측정된 네트워크 품질 지표들의 값을 이용한다.
제안하는 방안의 구현을 위해서 개발된 품질 측정 소프트웨어는 현재 모바일 인터넷 전화 서비스가 와이브로와 HSDPA 모두 가능한 점을 고려하여 양쪽 단말기에서 관련 품질 지표를 측정할 수 있도록 개발되었다. 개발은 C 프로그래밍을 이용하여 이루어졌고 Named Pipe를 통하여 와이브로와 HSDPA 모뎀 제조사인 GCT와 Qualcomm이 제공하는 관련 인터페이스와 명령어들을 이용하여 측정된 결과 값들이 반환되도록 구현하였다.
측정을 위한 음성 트래픽은 측정 서버에서 발생하도록 하여 두 개의 이동 단말에 동시에 전송되도록 하였다. 따라서 동일한 음성 트래픽에 대한 측정이 동시에 이루어질 수 있었고 최종적으로 두 이동 단말에서의 측정 결과를 비교하는 방식으로 검증이 이루어졌다.
마지막으로 측정 가능한 최상위인 VoIP 품질 지표로는 R 값과 MOS를 선정하였다. 개발된 품질 측정 소프트웨어는 E-Model[11]에 근거하여 산출되는 R 값을 이용하여 MOS를 측정하도록 구현되었다.
현재의 인터넷에서는 각 호스트들 간 시간 동기가 맞추어져 있지 않기 때문에 단방향 지연을 정확하게 측정하는 것이 상당히 어려운 일이다. 본 논문에서 개발된 측정 소프트웨어는 단방향 지연을 측정하기 위해서 IETF의 표준 문서[18]를 준수하여 RTCP SR/RR 또는 XR 패킷을 사용하도록 구현되었다. 그러나 실제로는 VoIP 트래픽의 전송 오버헤드를 줄이기 위해서 RTP를 사용하지 않고 그냥 UDP로만 전송하도록 구현하는 경우도 상당 수 있어 상용 소프트웨어에서는 이런 경우를 대비하여 ICMP (Internet Control Message Protocol) 메시지로만 전송 지연을 측정하도록 구현되는 경우도 있는 것으로 조사되었다.
동일한 조건에서 지터의 측정 결과는 전송 지연에 비해서는 상당히 유사하다는 점도 이러한 추정을 뒷받침할 수 있다. 본 논문에서 개발된 측정 소프트웨어는 지터를 측정하기 위해서 IETF의 표준 문서[19]를 준수하여 RTP의 타임스탬프 필드를 이용하도록 구현되었다. 지터의 경우 상대적이 아닌 한 쪽의 단말기에서 단독 측정이 가능하기 때문에 종단의 호스트들 간 시간 동기가 없어도 측정이 가능하다.
(그림 3)은 개발된 품질 측정 소프트웨어가 300초 동안의 측정이 한번 끝난 후 얻어진 각 품질 지표에 대한 샘플 데이터의 예를 보여준다. 실제 모바일 음성 서비스가 이루어지는 실제 환경에 가까운 측정을 위해서 실내-정지, 실내-이동, 실외정지, 실외-이동(도보), 실외-이동(지하철)의 총 다섯 가지 시나리오를 설정하였으며 각 시나리오 별 반복적인 측정을 통하여 대량의 샘플 데이터를 얻을 수 있었다.
본 시험의 첫 번째 목적이 개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성 검증이라는 점을 고려하여 시험을 위한 음성 트래픽 외에 측정 결과에 영향을 미칠 가능성이 있는 다른 트래픽은 발생시키지 않았다. 음성 트래픽이 발생하도록 함에 있어 현재 사용되고 있는 코덱들 가운데 가장 통화 품질이 좋은 64kbps의 G.711과 압축률이 높아 스마트 폰이나 인터넷 전화에서 가장 보편적으로 사용되는 8kbps의 G.729의 두 가지 대표적인 코덱을 선정하였고 일정한 양의 데이터가 일정한 주기로 발생하는 음성 트래픽의 특징을 모델링하여 구현하였다.
본 논문에서는 모바일 인터넷 전화 서비스의 예방적인 서비스 품질 관리 체계를 제안하였다. 제안된 서비스 품질 관리 체계를 구현하기 위한 품질 측정 소프트웨어를 개발하였고 시험 환경을 구축하여 이의 신뢰성을 측정을 통하여 검증하였다. 제안하는 방안은 상시적인 그리고 서비스 이용자의 능동적인 측정이 가능하여 서비스 품질에 문제가 발생한 경우 발생한 당시에 대한 정보를 얻을 수 있고 그에 따른 조치도 실시간으로 취할 수 있다는 장점이 있다.
측정 가능한 네트워크 품질 지표로는 가장 일반적으로 알려져 있는 대역폭, 지연, 지터, 패킷손실률을 선정하였다. 이들 지표의 값을 측정하기 위해서 품질 측정 소프트웨어는 RTP(Real-time Transport Protocol)와 RTCP(Real-time Transport Control Protocol)가 제공하는 정보를 이용하는데 이에 대한 보다 구체적인 방법에 대해서는 IETF(Internet Engineering Task Force)에 의해 발간된 표준 문서[12],[13],[14],[18],[19]와 국내 표준 문서[7]를 참조할 수 있다.
측정 가능한 무선 품질 지표로는 물리 계층에서 실제 전송 되는 신호 단위의 품질을 나타내는 지표로서 수신 신호의 강도를 나타내는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)와 Transmission Power를 선정하였다. 그리고 잡음 대비 유효한 신호의 세기를 나타내는 품질 지표로 와이브로의 CINR (Carrier to Interface Noise Ratio) 그리고 HSDPA의 Ec/Io (Energy per Chip over the Interface Noise)도 선정하였다.
(그림 2)에 나타난 바와 같이 측정 서버에서 발생한 음성 전화 트래픽은 상용 인터넷과 와이브로 혹은 HSDPA 네트워크를 통하여 이동 단말에 전송된다. 측정을 위한 음성 트래픽은 측정 서버에서 발생하도록 하여 두 개의 이동 단말에 동시에 전송되도록 하였다. 따라서 동일한 음성 트래픽에 대한 측정이 동시에 이루어질 수 있었고 최종적으로 두 이동 단말에서의 측정 결과를 비교하는 방식으로 검증이 이루어졌다.

대상 데이터

측정 가능한 무선 품질 지표로는 물리 계층에서 실제 전송 되는 신호 단위의 품질을 나타내는 지표로서 수신 신호의 강도를 나타내는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)와 Transmission Power를 선정하였다. 그리고 잡음 대비 유효한 신호의 세기를 나타내는 품질 지표로 와이브로의 CINR (Carrier to Interface Noise Ratio) 그리고 HSDPA의 Ec/Io (Energy per Chip over the Interface Noise)도 선정하였다.
개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성을 시험하고 검증하기 위한 환경을 (그림 2)와 같이 구축하였다. 시험을 위 한두 개의 이동 단말은 현재 와이브로와 HSDPA를 이용한 데이터 서비스가 주로 노트북에서 이루어지고 있다는 점을 고려하여 윈도우즈 XP 혹은 윈도우즈 Vista 기반의 노트북으로 한정하였다. 윈도우즈 CE 혹은 윈도우즈 모바일 그리고그 외의 다른 운영 체제를 사용하는 스마트폰의 경우 Active X 방식의 소프트웨어뿐만 아니라 상용 계측 소프트웨어와 패킷 분석 소프트웨어를 설치가 완벽하게 지원되지 않는 어려움이 있어 향후 추가적인 개발을 통해서 측정이 가능하도록 할 계획이다.

데이터처리

전송 지연 이외의 품질 지표들에 대한 측정 결과를 평균, 표준편차, 최대값, 최소값에 대해서 요약하여 에 정리하였다.

이론/모형

하나의 이동 단말에는 개발된 품질 측정 소프트웨어가 동작하고 다른 하나의 이동 단말에는 상용 품질 측정 소프트웨어가 동작한다. 두 개의 상용 소프트웨어를 이용하였는데 네크워크 품질 지표와 VoIP 품질 지표의 검증을 위해서는 IXIA사의 IxChariot[15]를 그리고 무선 품질 지표의 검증을 위해서는 Innowireless사의 OPTis[16]를 이용하였다. IxChariot은 실제 네트워크 상황을 에뮬레이션하고 TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol), RTP, IPX (Internetwork Packet eXchange) 등의 주요 프로토콜에 대한 트래픽을 생성하여 음성 서비스의 MOS와 R 값을 산출한다.

성능/효과

반면 E-모델은 인터넷과 같은 패킷기반 네트워크에만 존재하는 패킷 손실, 전송 지연 등을 고려하기 때문에 회선기반의 전화 네트워크뿐만 아니라 패킷기반 네트워크를 통한 음성 품질 평가에도 적용될 수 있다. E-모델의 결과로 종합 음성 전송 품질을 나타내는 R 값이 산출되는데 이 값은 신호 대 잡음비를 품질의 정도라고 간주한 후 그 정도에서 음성 신호, 지연, 코덱과 같은 주변 장치 등이 품질에 미치는 모든 손실 요소들을 차례로 빼나가는 형태로 계산된다. 산출된 R 값 역시 MOS 값과의 직접적인 비교를 위해서 변환되는데 이 변환된 값은 양방향 품질을 나타내게 되어 MOS-CQE(MOS Conversational Quality Estimated)라 한다.
제안된 서비스 품질 관리 체계를 구현하기 위한 품질 측정 소프트웨어를 개발하였고 시험 환경을 구축하여 이의 신뢰성을 측정을 통하여 검증하였다. 제안하는 방안은 상시적인 그리고 서비스 이용자의 능동적인 측정이 가능하여 서비스 품질에 문제가 발생한 경우 발생한 당시에 대한 정보를 얻을 수 있고 그에 따른 조치도 실시간으로 취할 수 있다는 장점이 있다.
제안하는 방안의 구현을 위해서 개발된 품질 측정 소프트웨어는 현재 모바일 인터넷 전화 서비스가 와이브로와 HSDPA 모두 가능한 점을 고려하여 양쪽 단말기에서 관련 품질 지표를 측정할 수 있도록 개발되었다. 개발은 C 프로그래밍을 이용하여 이루어졌고 Named Pipe를 통하여 와이브로와 HSDPA 모뎀 제조사인 GCT와 Qualcomm이 제공하는 관련 인터페이스와 명령어들을 이용하여 측정된 결과 값들이 반환되도록 구현하였다.

후속연구

이를 통하여 모바일 인터넷 전화 서비스 품질의 상시적인 측정이 가능하기 때문에 서비스 품질에 문제가 발생한 당시에 대한 정보를 얻을 수 있고 그에 따른 조치도 실시간으로 취할 수 있다는 장점이 생긴다. 또한 품질 측정 결과를 보고하는 기능을 추가하여 필요한 경우 전수 조사를 실시해서라도 서비스 품질에 대한 방대한 정보를 획득할 수 있고 이의 분석을 통해서 서비스 품질 저하를 미연에 방지할 수 있는 예방적인 서비스 품질 관리 체계를 구축할 수 있다. 과거에는 서비스 이용자 단말기에 가해지는 부하와 이로 인한 성능 저하 그리고 보고 과정에서 발생하는 통신료가 걸림돌로 작용하였으나 단말기 성능 저하로 인한 문제는 최근 단말기가 성능 측면에서 상당히 향상되어 상당히 완화되고 있다.
그와 같은 노력의 일환으로 본 논문에서는 상시적인 그리고 서비스 이용자의 능동적인 측정이 가능한 예방적인 모바일 인터넷 전화 서비스의 품질 관리 방안을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방안은 앞서 언급한 기존의 계측기기반 품질 관리의 단점을 극복하고 더 나아가서는 사업자들의 자발적인 품질 개선을 유도할 수 있다는 점에서 미래 지향적인 모바일 인터넷 전화 서비스 품질 관리 방안이라 할 수 있다.
시험을 위 한두 개의 이동 단말은 현재 와이브로와 HSDPA를 이용한 데이터 서비스가 주로 노트북에서 이루어지고 있다는 점을 고려하여 윈도우즈 XP 혹은 윈도우즈 Vista 기반의 노트북으로 한정하였다. 윈도우즈 CE 혹은 윈도우즈 모바일 그리고그 외의 다른 운영 체제를 사용하는 스마트폰의 경우 Active X 방식의 소프트웨어뿐만 아니라 상용 계측 소프트웨어와 패킷 분석 소프트웨어를 설치가 완벽하게 지원되지 않는 어려움이 있어 향후 추가적인 개발을 통해서 측정이 가능하도록 할 계획이다. 사용된 두 대의 노트북의 세부 규격은 다음 <표 2>와 같다.
상용 소프트웨어에 구현되어 있는 각 품질 지표별 세부적인 측정 알고리듬을 알 수 없어 그 원인에 대한 분석에 다소 어려움이 있다. 이 문제를 해결하기 위해서 상용 소프트웨어에 구현된 측정 알고리듬에 대한 추가적인 조사를 진행 중에 있다. 특히 상용 소프트웨어를 개발한 업체의 협조를 얻을 수 있다면 명확한 원인을 파악할 수 있고 이를 통하여 개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다.
이 문제를 해결하기 위해서 상용 소프트웨어에 구현된 측정 알고리듬에 대한 추가적인 조사를 진행 중에 있다. 특히 상용 소프트웨어를 개발한 업체의 협조를 얻을 수 있다면 명확한 원인을 파악할 수 있고 이를 통하여 개발된 품질 측정 소프트웨어의 신뢰성을 더욱 높일 수 있을 것으로 기대된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내외에서 현재 제공되고 있는 모바일 인터넷 전화 서비스의 유형 세 가지는 무엇인가?	국내외에서 현재 제공되고 있는 모바일 인터넷 전화 서비스의 유형은 크게 다음과 같은 세 가지를 들 수 있다. 첫 번째는 와이파이 전용 혹은 와이파이와 이동통신 통합형 듀얼모드 단말기를 이용하여 와이파이 핫스팟 지역에서 인터넷 전화를 이용하는 경우이다. 두 번째는 인터넷 전화를 위한 전용 소프트웨어를 이동전화에 다운받아 이동통신 네트워크의 데이터 서비스를 통하여 전화를 하는 경우이고 마지막 세 번째는 이동통신사업자와 인터넷 전화 서비스 사업자와의 제휴를 통하여 출시되는 인터넷 전화 전용 단말기를 이용하는 경우이다[2].
	모바일 인터넷 전화 서비스의 보급이 활발하게 이뤄진 이유는?	스마트폰의 등장으로 모바일 인터넷 전화 서비스의 보급이 활발하게 이루어지고 있다[1],[2]. 국내외에서 현재 제공되고 있는 모바일 인터넷 전화 서비스의 유형은 크게 다음과 같은 세 가지를 들 수 있다.
	국내 모바일 인터넷 전화 서비스 유형 두 가지는 어떤게 있는가?	그러나 이는 와이파이 접속이 가능한 한정된 지역에서는 가능하다는 점에서 엄밀하게는 제대로 된 모바일 인터넷 전화 서비스라고 하기에 다소 어렵다. 오히려 국내에서 현재 이루어지고 있는 모바일 인터넷 전화 서비스는 와이브로기반 방식과 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access)기반 방식의 두 가지 유형을 들 수 있을 것이다.

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