Study on IMS(IP Multimedia Subsystem) Architecture and Interface
요 약
최근 멀티미디어 정보에 대한 사용자의 욕구는 기존의 회선 중심의 네트워크 환경에서 패킷 중심의 네트워크 환경으로의 대 전환을 필요로 하고 있으며, 국내의 경우 IT839전략 등 기반 시설에 대한 혁신적인 구조 변화로 이미 프로젝트의 도입 단계에 왔다.
그 중심에 3GPP의 IMS(IP Multimedia Subsystem)가 자리 잡고 있으며, All IP 기반의 IMS 아키텍처가 구성되는 각 계층의 구조(전송 계층, 제어 계층, 서비스 계층)를 살펴보고, 각 구성요소들의 특성과 이들 간의 인터페이스 즉 등록 절차와 세션 설정 절차 과정에서 계층 간 협력 프로세스를 살펴보기로 한다.
1. 서 론
All IP 기반 차세대 통신 환경으로 최근 업계에 예외 없이 핫이슈로 부각되고 있는 새로운 네트워크 서비스 기술의 핵심인 IMS(IP Multimedia Subsystem)가 주목 받고 이다. IMS는 여러 기능을 포함하고 구현 방식도 다양하기 때문에 통일된 정의를 내리기 어렵지만, 해외 IT시장 분석 전문기관인 가트너에 따르면 세션 제어 계층과 게이트웨이 계층, 그리고 애플리케이션 계층 등 세 가지 논리적 핵심 구성 요소로 정의된다.[1]
특히 IMS에서 상대적으로 복잡하지 않고 단순한 구조를 가져 구현이 용이한 SIP(Session Initiation Protocol)를 채택하고 있고, 유료 서비스의 기반 시스템으로써의 인증 기능들, 무선 접속 기술들에 비 의존적이란 장점들로 인해 통신 인프라의 큰 핵심인 동시에 궁극적으로 All IP지향 통신 기술인 WiBro, HSDPA, DMB등 초고속 이동 통신 커뮤니케이션의 기반 시스템으로써의 표준이 확실시 되고 있다.
2장에서는 IMS 관련 연구들의 현황을 통하여 IMS의 동향을 점검해 보고, 3장은 IMS의 3Layers(전송 계층, 제어 계층, 서비스 계층)의 구성 요소들과 각 요소들의 특성을 알아본다. 4장에서는 호 절차 즉 TE에 탑재된 SIP등록 절차와 세션 설정 절차를 통해 요소 간 상호 인터페이스에 대해 분석하고 5장에서 IMS의 전체적인 평가와 6장에서의 결론으로 맺는다.
2. 관련 연구
본 장에서는 IMS의 표준화와 NGN에서의 IMS의 역할에 대해서 알아본다.
2.1 IMS 표준화 현황
3GPP는 표준의 진화에 Release개념을 도입한다. R5에서 멀티미디어 시그널링과 베어러 트래픽을 전송하기 위해 WCDMA 기반의 패킷 도메인을 사용하고, 유선 인터넷과의 seamless 연결을 유지하며, 액세스 매체와 독립적인 망 연동을 위해서 인터넷 표준 규격을 주로 수용한다. R6에서는 R5를 바탕으로 한 Conference Service, Location Based Service등 추가적인 서비스가 소개 되었다.[2][4]
2.2 NGN(Next Generation Network) 동향
IMS는 향후 NGN의 일부분으로 자리할 것이다. ETSI의 NGN 표준은 서비스 계층에 서브시스템으로써 Core IMS를 두고 있다. Core IMS는 3GPP/ETSI IMS중에서 세션제어기능(Session Control Function)을 취한 것이다.
NGN은 이미 전송계층이나 어플리케이션 계층을 다른 서비스와 공유할 수 있도록 정하고 있기 때문이다. ITU-T의 NGN 표준화는 기본 아키텍처 모델의 서비스 계층에서 IP Multimedia Component를 두고 있으며, 여기에 Core IMS가 채택될 가능성이 상당히 높다.[3][6]
3. IMS 계층 구조
본 장에서는 IMS 아키텍처를 [그림1]과 같이 3Layers로 구분하고[1], 각 계층의 구성과 주요 요소와 그의 기능을 기술한다.[5]
3.1 전송 계층 (Transport Layer)
전송 계층은 IP 기반 망이다. IMS 네트워크를 다른 IMS네트워크나 기존 네트워크와 연결 시켜준다. 통신 사업자 망 내부에 구축된 IP 망이다. 동영상 미디어나 음성 미디어 등의 IP 패킷 트래픽은 전송 계층의 장비 간에 흐른다.
3.1.1 MGW(Media Gateway)
기존 망과 연동하기 위해서 IMS내의 IP패킷 형태의 미디어 데이터를 회선 교환망의 베어러 상에 전송될 수 있는 형태로 변환하는 기능을 한다.
3.1.2 MRF(Multimedia Resource Function)
IP 멀티미디어 서브시스템 상에서 다자간 멀티미디어를 제어하고 미디어 데이터를 처리하는 기능을 담당한다.
3.2 제어 계층 (IMS/Control Layer)
제어 계층은 SIP 메시지를 처리하는 호 처리 기능을 갖는다.
CSCF가 핵심적인 호 처리 기능을 제공한다. 멀티미디어 호 라우팅 기능이 이에 포함된다.
3.2.1 CSCF(Call Session Control Function)
호 및 세션처리에 관련된 부분을 담당하는 기능으로 인입호에 대한 게이트웨이로서의 기능과 호 제어 기능, SPD(Serving Profile Database)기능, 주소 처리기능 등으로 구성된다. CSCF는 그 기능에 따라 P-CSCF(Proxy), I-CSCF(Interrogating), S-CSCF(Serving)로 나눈다.
3.2.2 MGCF(Media Gataway Control Function)
SIP와 ISUP 시그널링 상호간 프로토콜 변환을 담당하고, MGW의 미디어 채널을 위한 연결 제어에 관련된 호를 제어하고 SIP User Agent로 동작한다.
3.2.3 BGCF(Breakout Gataway Control Function)
IMS에서 PSTN으로 착신하는 호에 대해서 PSTN 번호 번역을 통해서 착신 네트웍을 선택하는 기능을 한다. 또한 PSTN 착신 호에 대한 과금 정보를 생성하는 기능을 제공한다.
3.2.4 SGW(Signaling Gateway)
시그널링 프로토콜의 전송계층을 변환하는 기능을 수행한다. 즉 ISUP나 MAP과 같은 프로토콜 자체는 변환하지 않고 IP 망과 PSTN, IP 망과 기존망의 전송계층을 변환하는 기능을 한다.
3.3 서비스 계층 (Service/Applications Layer)
서비스 계층은 호 처리 로직을 제공한다. 가입자별 다양한 형태의 SIP 기반 애플리케이션을 제공한다.
3.3.1 HSS(Home Subscriber Server)
사용자에 대한 마스터 DB로 사용자와 관련된 서비스의 마스터 목록을 유지하거나 사용자의 위치정보에 대한 관리를 수행함으로써 액세스 수단을 추적함을 담당한다. 또한 직접적으로 또는 서버를 통하여 사용자 프로파일 정보를 제공한다.
3.3.2 SLF(Subscription Locator Function)
망 내에 HSS가 두 개 이상 운영되고 각각 별도의 주소로 인식될 때 CSCF에게 적절한 HSS의 주소를 제공하는 기능을 한다.
3.3.3 SIP AS(SIP Application Server)
S-CSCF와의 SIP 인터페이스를 통하여 서비스를 제공하는 서비스 플랫폼이다. SIP AS는 서비스로부터 독립적으로 서비스가 동작할 수 있는 환경을 제공한다.
3.3.4 OSA SCS(Open Service Access Service Capability Server)
인터넷 멀티미디어 서비스를 제공하기 위하여 통신 네트워크 내부의 기능을 외부 네트워크로 안전하게 개방하는 역할을 한며, 가능한 외부 서비스와 내부 통신 네트워크 사이의 접속 시 투명성을 유지하게 하는 역할을 한다. 또한 내부 네트워크의 보안을 유지하는 기능이 포함되어 있다.
3.3.5 OSA AS(OSA Application Server)
인터넷과 같은 개방된 외부 네트워크에 위치하여 서비스를 제공할 수 있다. 통신 기능을 갖는 서비스에 대한 아이디어와 개발 환경 및 서비스 실행 환경을 모두 통신 네트워크 외부에서 독립적으로 구현 가능하게 됨에 따라 저렴하고 다양한 서비스의 출현을 가능하게 하는 기반을 제공한다.
4. 요소 간 인터페이스
본 장에서는 IMS 등록 절차와 기본 세션 설정 절차를 기술한다.
4.1 등록 절차 (Registration)
[그림2]는 IMS 등록 절차[5]를 나타내고 있다.
UE의 등록 요구(가입자ID, 홈 도메인 이름 등 포함)를 받은 P-CSCF는 홈 도메인 이름을 사용하여서 I-CSCF를 찾아내고 그곳으로 등록 요구를 포워딩하게 된다. I-CSCF는 HSS로 Cx-Query를 보내고 HSS는 인증 절차를 거쳐서 Cx-Query Response를 보낸다. 그후 I-CSCF는 HSS에게 Cx-Select-pull을 보내고 HSS는 ICSCF에게 S-CSCF 능력을 보낸다.
S-CSCF 능력은 UE의 가입정보에 따라서 그에 적절한 서비스를 제공하기 위해서 S-CSCF에서 지원해야 하는 기능에 대한 정보를 포함한다. I-CSCF는 이 정보를 바탕으로 S-CSCF를 선택하게 된다. S-CSCF 선택은 I-CSCF의 주요 기능이다. I-CSCF는 이렇게 선택된 S-CSCF에게 등록 요구를 포워딩한다.
등록 요구를 수신한 S-CSCF는 Cxput(사용자 ID, S-CSCF 이름)을 HSS에게 보내서 UE가 S-CSCF에 등록되었음을 통보한다. HSS는 UE와 S-CSCF의 등록정보를 저장하고 Cx-put response를 보내서 응답한다. S-CSCF는 HSS에게 Cx-pull을 보내서 가입자 정보를 요구하고 HSS는 Cx-pull response에 가입자 정보를 포함시켜서 SCSCF에게 전달한다. SIP 200 OK 메시지가 그림과 같이 전달되어서 등록절차가 마무리 된다.[5]
4.2 세션 설정 절차 (Session Setup)
[그림3]는 IMS 세션 설정 절차를 홈 망에서 발신하고 동일 망 S-CSCF 사이, 그리고 홈 망 착신의 경우에 한하여 설명하고 있다.[5]
UE가 INVITE 요구를 P-CSCF로 보냄으로써 시작된다.
INVITE에는 초기 SDP(initial SDP)가 포함되는데 이곳에 발신 UE에서 지원하는 미디어에 대한 정보를 포함한다. INVITE는 SCSCF로 전달되고 S-CSCF는 서비스 프로파일의 검증(validation) 및 필요한 서비스 제어를 한다. S-CSCF로부터 INVITE를 수신한 I-CSCF는 HSS를 조회하여서 착신 UE의 위치정보(착신 UE가 등록되어있는 SCSCF)를 알아내고 INVITE를 착신 S-CSCF로 포워딩한다. S-CSCF→P-CSCF→착신 UE로 INVITE가 전달되면 착신 UE는 자신의 미디어 지원능력(Media Capability)을 담은 SDP를 P-CSCF로 되돌린다.
착신 P-CSCF는 세션 자원에 대해서 인가(authorization)를 하며 SDP 메시지는 INVITE가 전달되어 온 경로를 역으로 다시 발신측의 P-CSCF까지 전달된다. 발신 P-CSCF도 자원에 대한 인가를 마친 후 발신 UE에게 SDP를 포워딩한다.
발신 UE는 착신 UE가 보내온 SDP를 기준으로 발신측과 착신측이 모두 지원할 수 있는 최종 미디어 형태를 결정하고 이 정보를 담아서 최종 SDP(Final SDP)를 생성해서 INVITE가 전달되었던 경로로 착신 UE에게로 전달한다. 발신 UE와 착신 UE는 최종 SDP에 따라서 자원 예약을 수행한다.
자원 예약이 성공되면 발신 UE는 Success 메시지를 착신 UE에게 전달한다. 착신 UE는 착신 사용자에게 착신 Alerting을 하고, 발신 UE에게 Ringing 메시지를 보내며 발신 UE는 발신 사용자에게 Ringback을 한다. 착신 사용자가 응답을 하면 착신 UE는 200 OK를 발신 UE에게 전달한다. 발신과 착신 P-CSCF에서 자원에 대한 사용허가(approval)가 되면 미디어가 흐르고 통화가 이루어진다.
발신 UE는 200 OK에 대해서 착신 UE에게 ACK를 보낸다.[5]
5. 토 론
본 논문은 [5]에서 열거하는 IMS구성요소들을 [1]에서 제시하는 3Layers(전송 계층, 제어 계층, 서비스 계층)로 구분하여 각 요소들을 기술 하였으며, 호 등록과 세션 설정 절차도 함께 살펴보았다. IMS를 비롯한 무선이동 통신의 인터페이스 메카니즘을 이해하는데 많은 도움이 되었으며, IMS의 가장 큰 특징 중 하나인 SIP프로토콜의 기능, HSDPA/WiBro기술 등의 기반 시스템으로써의 IMS, 그리고 NGN의 서브시스템으로써의 IMS와 핸드오프 등 연구의 범위가 상당히 광범위 하리라 생각된다.
6. 결 론
지금 까지 All IP 기반의 IMS의 표준화 현황을 비롯한 가트너의 3Layer 아키텍쳐를 기준으로 각 계층의 주요 요소들과 그에 대한 이해 그리고 호 등록 절차와 세션 설정 절차를 중심으로 각 요소 간 인터페이스를 알아보았다. IMS는 차세대 통신시장에서 거스를 수 없는 대세가 될 것으로 전망된다. IMS는 글로벌한 대응이 필요한 분야이며, 장기적인 관점에서의 비전과 개념을 설정하고 핵심이 되는 요소 기술을 선도적으로 확보해 나가면서, 전 세계와의 경쟁과 협조를 통한 기술 개발의 추진이 필요하다.
[참고문헌]
[1] KRG "IMS(IP Multimedia Subsystem) 동향" 2006. 3월
[2] 김도경 외1명 “IMS/HSDPA 기반 서비스 진화 연구”
한국통신학회지(정보통신) 제22권 5호, 2005. 5월
[3] "IMS(IP Multimedia Subsystem)와 HSDPA/WiBro"
(http://blog.naver.com/withellen/20019431498)
[4] 김상권 외4명 “3GPP IMS 기반의 WiBro 망 구축 및 서비
스” 대한 전자 공학회지 제21권 1호, 2005. 6월
[5] 이상연 외5명 “All-IP Core Network 기술”
Telecommunications Review 제11권 6호 2001.11~12월
[6] 황진경 외1명 “KT의 BcN서비스-IMS구조관점”
한국통신학회지(정보통신) 제23권 3호, 2006. 3월
'정보과학 > 컴퓨터통신망특론' 카테고리의 다른 글
| IMS 아키텍처와 인터페이스(요약) (0) | 2023.11.23 |
|---|---|
| 광역통신망 (1) | 2023.11.23 |
| 근거리 통신망(2) (1) | 2023.11.23 |
| 근거리 통신망(1) (0) | 2023.11.23 |
| 통신 프로토콜(2) (0) | 2023.11.22 |
