[논문]와이브로를 통한 음성서비스의 품질과 무선 채널 품질과의 통계적 상관관계 분석

김범준

doi:10.13067/jkiecs.2014.9.6.719

와이브로를 통한 음성서비스의 품질과 무선 채널 품질과의 통계적 상관관계 분석
The analysis of the relation between the quality of voice service and the quality of the wireless channel over a WiBro network 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.9 no.6, 2014년, pp.719 - 726

김범준 (계명대학교 전자공학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 사용자 체감 품질에 관한 것으로서 특히 주관적인 측면을 포함하는 사용자 체감 품질을 어떻게 객관적인 방법으로 평가할 수 있는지에 관한 것이다. 본 논문은 현재 상용화되어 사용되고 있는 와이브로 무선 접속 인터페이스를 통해서 음성 서비스가 제공되는 경우에 다양한 품질 지표들의 값의 변화를 실제 측정하고 이들 간의 상관관계를 분석하여 음성 서비스의 사용자 체감 품질을 객관적으로 평가하고자 한다. 분석결과 와이브로를 통한 음성 서비스의 사용자 품질은 네트워크 계층에서 측정되는 전송 지연과 높은 상관관계를 보였고 다시 전송 지연은 무선 채널의 RSSI와 높은 상관관계를 가진다는 점을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper addresses quality of experience(QoE) and how to measure and evaluate QoE including its subjective aspects. Adopting the real measurements on the field, a various quality metric have been measured for VoIP(voice over IP) service provided through a wireless interface of WiBro(Wireless Broadband). By analyzing the measured values and correlation between the metrics, we attempt to find a method to evaluate QoE of the VoIP service in a objective way. As a result, it has been shown that QoE of the VoIP service through WiBro network has close relation to the packet-level end-to-end delay, and the delay has close relation to received signal strength indicator(RSSI).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그러나 수많은 QoS 지표들 가운데 어떤 것이 QoE에 결정적인 영향을 미치는지에 대해서는 아직도 명확하게 밝혀진 바 없으며 특히 실제 사업자가 주로 측정하는 무선 품질 지표가 QoE에 어떤 영향을 미치는 지에 대해서도 거의 연구가 이루어져 있지 않다. 따라서 그림 2에 나타난 바와 같이 무선 환경과 QoS와의 상관관계(인터페이스 1)를 분석하고 다시 QoS와 QoE와의 상관관계(인터페이스 2)를 분석함으로써 무선 환경에서 제공되는 서비스의 QoE를 분석하기 위한 기본 원리를 이해하
고자 하는 것이 본 논문의 목적이라 할 수 있다. 이를 위해서 본 논문에서는 실제 와이브로 네트워크에서 패킷 기반의 음성 서비스[2],[8]가 제공되는 경우에 대해서 다양한 품질 지표에 대한 측정을 실시하였으며 그 결과를 분석하여 품질지표들 간의 상관관계를 도출하였다.
본 논문에서는 와이브로 네트워크에서 제공되는 음성 서비스에 대한 다양한 품질 지표의 측정을 통해서 각 품질 지표들 간의 상관관계를 분석하였다. 결과를 통해서 알 수 있었던 것은 RSSI와 전송지연이 높은 상관관계를 가지고 다시 전송지연은 음성 서비스의 사용자 체감 품질인 MOS와 높은 상관관계를 가진다는 것이다.
이들 대부분은 그림 1에 나타난 바와 같이 객관적인 측정이 가능한 QoS를 QoE를 이루는 하나의 구성 요소로 간주하고 QoS를 측정함으로써 QoE를 추정하고자 하고 있다. 즉 객관적이고 정량적으로 측정이 가능한 QoS을 통해서 사용자가 인식하는 QoE의 수준을 유추하고 이를 기반으로 사용자가 일정한 수준 이상의 품질을 체감할 수 있는 QoS를 기준으로 네트워크 전반을 관리하는 체제를 구축하자는 것이다. 이 과정에서 도출된 QoE와 QoS의 일반적인 상관관계는 그림 3과 같다[7].

제안 방법

G.711 코덱을 사용하는 경우와 G.729 코덱을 사용하는 경우 전송되는 데이터 량이 달라질 수 있고 그에 따른 지연, 지터 등에도 변화가 있을 수 있어 별도로 상관관계를 산출하였다. G.
무선 품질 지표로는 물리 계층에서 실제 전송되는 신호 단위의 품질을 나타내는 지표로서 수신 신호의 강도를 나타내는 RSSI (Received Signal Strength Indicator)와 Tx Power (Transmission Power)를 선정하였다. 그리고 잡음 대비 유효한 신호의 세기를 나타내는 품질 지표로서 CINR (Carrier to Interference Noise Ratio)를 선정하였다[9-10].
마지막으로 최상위 품질 지표인 VoIP 품질 지표로는 R 값(R-value)과 MOS (Mean Opinion Score)를 선정하였다. 측정된 네트워크 품질 지표들의 값을 이용하여E-Model에 근거한 R 값을 산출하고 이를 근거로 최종적으로 MOS 값을 산출할 수 있다.
무선 접속을 통한 음성 서비스의 품질에 영향을 미칠 수 있는 품질 지표들을 전송 계층을 기준하여 무선 품질 지표 (wireless metric), 네트워크 품질 지표(network metric), 그리고 VoIP 서비스 품질 지표(VoIP metric)의 세 개의 계층으로 구분하였다[9]. 표
무선 품질 지표로는 물리 계층에서 실제 전송되는 신호 단위의 품질을 나타내는 지표로서 수신 신호의 강도를 나타내는 RSSI (Received Signal Strength Indicator)와 Tx Power (Transmission Power)를 선정하였다. 그리고 잡음 대비 유효한 신호의 세기를 나타내는 품질 지표로서 CINR (Carrier to Interference Noise Ratio)를 선정하였다[9-10].
한 번의 측정 시간인 300초 동안 표 1에 나타난 각 품질 지표들의 값을 5초마다 측정하여 나온 60개의 값을 평균하여 최종적인 하나의 샘플 데이터가 만들어진다. 실제 인터넷 이동 전화 서비스가 이루어지는 실제 환경에 가까운 측정을 위해서 실내/정지, 실내/이동, 실외/정지, 실외/이동(도보), 실외/이동(지하철)의 총 다섯 가지 시나리오를 설정하였으며 각 시나리오 별 반복적인 측정을 통하여 대량의 샘플 데이터를 얻을 수 있었다.
와이브로 네트워크를 통해서 제공되는 음성 서비스의 품질을 측정하기 위하여 서비스 품질을 사용자 단말에서 직접 측정할 수 있도록 개발된 품질 측정 소프트웨어를 활용하였다[9]. 한국정보화진흥원(NIA)에서 개발한 이 품질 측정 소프트웨어는 현재 국내에 상용화된 패킷기반의 무선접속 시스템인 와이브로 시스템을 지원하여 사용자 단말기에서 다양한 품질 지표를 측정하는 것이 가능하다.
음성 서버에서 발생한 음성 전화 트래픽은 상용 인터넷과 와이브로 네트워크를 통하여 이동 단말에 수신된다. 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.
네트워크 품질 지표로는 가장 대표적이면서도 가장 일반적으로 알려져 있는 대역폭, 지연, 지터, 패킷손실률을 선정하였다. 이들 지표의 값을 측정하기 위해서 IETF (Internet Engineering Task Force)에 의해 발간된 표준 문서를 참조하여 RTP (Real-time Transport Protocol)와 RTCP (Real-time Transport Control Protocol)가 제공하는 정보를 이용하도록 하였다.
고자 하는 것이 본 논문의 목적이라 할 수 있다. 이를 위해서 본 논문에서는 실제 와이브로 네트워크에서 패킷 기반의 음성 서비스[2],[8]가 제공되는 경우에 대해서 다양한 품질 지표에 대한 측정을 실시하였으며 그 결과를 분석하여 품질지표들 간의 상관관계를 도출하였다.
측정을 위한 이동 단말은 노트북으로 구현하였다. 이는 윈도우즈 모바일과 그 외의 다른 운영 체제를 사용하는 스마트폰의 경우 아직 Active X 방식의 품질 측정 소프트웨어의 설치가 불가능한 어려움이 있기 때문이다.

대상 데이터

네트워크 품질 지표로는 가장 대표적이면서도 가장 일반적으로 알려져 있는 대역폭, 지연, 지터, 패킷손실률을 선정하였다. 이들 지표의 값을 측정하기 위해서 IETF (Internet Engineering Task Force)에 의해 발간된 표준 문서를 참조하여 RTP (Real-time Transport Protocol)와 RTCP (Real-time Transport Control Protocol)가 제공하는 정보를 이용하도록 하였다.

이론/모형

본 논문에서는 특정 소프트웨어를 사용자 단말에 설치하여 음성 서비스의 MOS를 측정하는 방식이기 때문에 시험 음성의 입력을 요구하는 PESQ는 적용하는 것이 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 E-Model에 기반하여 MOS를 측정하였다. E-Model은 인터넷과 같은 데이터 네트워크 특유의 손실, 지연 등을 고려할 수 있기 때문에 데이터 네트워크를 통한 음성 품질 평가에 적용될 수 있다.

성능/효과

본 논문에서는 와이브로 네트워크에서 제공되는 음성 서비스에 대한 다양한 품질 지표의 측정을 통해서 각 품질 지표들 간의 상관관계를 분석하였다. 결과를 통해서 알 수 있었던 것은 RSSI와 전송지연이 높은 상관관계를 가지고 다시 전송지연은 음성 서비스의 사용자 체감 품질인 MOS와 높은 상관관계를 가진다는 것이다. 즉 이는 무선 접속 네트워크를 통해서 음성 서비스가 제공되는 경우 RSSI가 음성 서비스의 사용자 체감 품질에 영향을 미치는 가장 중요한 지표가 될 수 있다는 점이다.
729코덱이 8kbps의 비율로 음성 트래픽을 발생시킨다는 점을 고려할 때 이들을 전송하기에 충분한 대역폭이라 할 수 있다. 그 결과 측정된 MOS 값 역시 평균적으로 4를 넘는 좋은 결과가 나왔음을 확인할 수 있다. G.
그러나 실제로는 RSSI의 영향이 더 크다는 것을 알 수 있었는데 G.711 코덱을 사용하는 경우 RSSI와 전송 지연은 0.96482라는 높은 상관관계를 가지고 다시 전송 지연과 MOS는 –0.96316이라는 높은 상관관계를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 특정 소프트웨어를 사용자 단말에 설치하여 음성 서비스의 MOS를 측정하는 방식이기 때문에 시험 음성의 입력을 요구하는 PESQ는 적용하는 것이 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 E-Model에 기반하여 MOS를 측정하였다.
측정된 대역폭은 평균적으로 업링크의 경우 2Mbps 이상의 값을 보였고 다운링크의 경우 7Mbps 내외였다. 이는 G.

후속연구

711코덱의 경우 64kbps – 보다는 훨씬 높기 때문에 사용자 체감 품질과 무선 품질 지표와의 상관관계를 정확하게 도출하기에는 한계가 있다고 판단된다. 따라서 추후에는 음성 서비스보다는 훨씬 더 높은 IPTV와 같은 영상 서비스에 대한 사용자의 체감 품질과 무선 품질 지표 간 상관관계에 대한 연구를 진행할 계획이다.
이는 윈도우즈 모바일과 그 외의 다른 운영 체제를 사용하는 스마트폰의 경우 아직 Active X 방식의 품질 측정 소프트웨어의 설치가 불가능한 어려움이 있기 때문이다. 이와 관련하여서는 향후 추가적인 보완이 이루어질 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이동통신 서비스에 대한 품질에서 가장 중요한 것으로 보이는 것은 무엇인가?	작년 말 정부의 미래창조과학부 산하 방송통신위원회에서는 국내 이동통신 3사가 제공하는 이동통신 서비스에 대한 품질 평가를 실시하고 그 결과를 ‘2013 통신서비스 품질평가 보고서’를 발표한 바 있다. 이를 살펴보면 품질 평가의 가장 중요한 기준으로서 평균 전송 속도를 선정하고 이에 대한 측정 결과를 품질로 제시하고 있다.
	품질 평가의 가장 중요한 기준으로서 평균 전송 속도가 사용된 것은 언제부터인가?	평균 전송 속도를 통신 서비스의 품질로 인식하게 된 것은 상당히 오래 전 일이다. 과거 1990년대 중반 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 등을 통한 가정에서의 고속 인터넷 접속 서비스가 시작되면서 이의 서비스 품질을 평가하기 위한 대표적인 지표로서 평균 전송 속도가 도입되었고 이후 유선 접속인지 무선 접속인지의 여부에 관계없이 지금까지 지속적으로 ‘통신 서비스의 품질 = 전송 속도’라는 등식이 성립되고 있다.
	방송통신위원회에서 국내 이동통신 3사의 이동통신 서비스 품질을 평가한 결과에 대한 보고서는 무엇인가?	작년 말 정부의 미래창조과학부 산하 방송통신위원회에서는 국내 이동통신 3사가 제공하는 이동통신 서비스에 대한 품질 평가를 실시하고 그 결과를 ‘2013 통신서비스 품질평가 보고서’를 발표한 바 있다. 이를 살펴보면 품질 평가의 가장 중요한 기준으로서 평균 전송 속도를 선정하고 이에 대한 측정 결과를 품질로 제시하고 있다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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