KR101342562B1

KR101342562B1 - Ｐｔｔ 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법

Info

Publication number: KR101342562B1
Application number: KR1020120002903A
Authority: KR
Inventors: 이종민; 권오준; 장희숙
Original assignee: 동의대학교 산학협력단
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-12-17
Also published as: KR20130081846A

Abstract

본 발명은 PTT(Push To Talk) 그룹 통신에서 각 AP(Access Point)에 PoC 서버와 AP(Access Point)에서 각각 그룹-AP 목록과 그룹-단말 목록을 관리하여 OMA(Open Mobile Alliance) PoC(Push to Talk over Cellular)를 이용한 그룹 통신의 중복 트래픽을 감소시킬 수 있도록 한 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법에 관한 것으로, OMA(Open Mobile Alliance) PoC(Push to Talk over Cellular)를 이용한 그룹 통신에 있어서, 그룹 통신을 하기 위한 등록 과정에서 AP(Access Point)가 수신자 단말 노드 정보를 획득하여 그룹-단말 목록에 저장하고 이를 VoIP 서버로 전송하는 단계;VoIP 서버가 그룹이 속해 있는 수신자 AP 노드 정보를 획득하여 수신자 AP 노드 정보와 그룹 정보를 그룹-AP 목록에 저장하는 단계;등록된 그룹의 송신 단말에서 그룹의 단말 노드로 패킷을 전송하기 위하여 패킷을 VoIP 서버로 전송하는 단계;VoIP 서버가 전송받은 패킷의 그룹 id 정보를 이용하여 그룹-AP 목록을 검색하고 관련 있는 AP로 전송하는 단계;AP가 전송받은 미디어 패킷의 그룹id와 관련 있는 단말을 그룹-단말 목록에서 검색하고 관련 있는 수신자 단말 노드로 전송하는 단계;를 포함한다.

Description

ＰＴＴ 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법{Method for Reducing Media Traffic in Push To Talk Group Communication}

본 발명은 PTT(Push To Talk) 그룹 통신에 관한 것으로, 구체적으로 PoC 서버와 AP(Access Point)에서 각각 그룹에 대한 AP 정보와 그룹에 대한 단말 정보를 관리하여 OMA(Open Mobile Alliance) PoC(Push to Talk over Cellular)를 이용한 그룹 통신의 PoC 서버와 AP 구간 중복 트래픽을 감소시킬 수 있도록 한 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법에 관한 것이다.

유무선 인터넷 및 IP 네트워크에서 음성 또는 영상 통화, 비디오, 오디오의 메시지 등과 같이 인터넷에서 사용할 수 있는 다른 서비스와 통합하기 위한 목적으로 VoIP(Voice over Internet Protocol)가 사용된다.

최근에는 네트워크의 통합, 무선 인터넷 망에서 서비스가 가능하며, 비디오나 응용 데이터 미디어를 음성 통신으로 결합시킨 다양한 새로운 서비스가 제공, 음성 압축 기술과 대역폭 공유로 대역폭의 효율이 증가 등의 장점으로 인해 VoIP가 확산 이용되고 있다.

PTT(Push To Talk)는 휴대전화를 무전기처럼 사용할 수 있는 서비스로 VoIP를 이용하며, 요금이 싸고 일반 전화 통화에 비해 대기시간이 짧고 사용이 간편하다.

또한, 통화를 원하는 사람을 미리 등록하고 버튼 하나로 일대일 또는 그룹통화가 이루어져 IP 사용 효율이 높다. 대규모 재난 현장에서 일반 통신망은 무력해지는 경우가 많다. 무전기는 재난 상황에 적합하게 설계한 특수 통신망을 이용하기 때문에 긴급 상황은 물론 군이나 경찰 등에서 주로 사용된다.

그러나 산업현장에서는 가용 주파수 한계 문제 등으로 TRS(Trunked Radio System)나 무전기를 대체할 수 있는 IP 네트워크 기반의 무선 단말기를 이용한 PTT 서비스가 증가하고 있다.

PTT기술을 이동전화에 도입하여 휴대폰을 갖고 있는 여러 명이 그룹통화가 가능하도록 하는 서비스가 PoC(Push to Talk over Cellular)서비스이다. OMA(Open Mobile Alliance)는 PoC의 기능 및 규격을 제시하고 있다.

PoC는 IMS라는 3GPP 표준화 단체에서 만든 멀티미디어용 신호 네트워크를 근간으로 하는데, IMS의 핵심 프로토콜은 SIP(Session Initiation Protocol)이다.

그룹 통신을 할 경우 한 사용자가 음성, 이미지 동영상 등의 미디어 트래픽을 전송하려면 먼저 서버에 데이터를 등록한 후, 서버가 전송받을 그룹의 모든 단말기의 개수만큼 동일한 데이터를 중복 복사하여 전송한다.

동일 데이터의 중복을 발생시킴으로써, 네트워크 전송 용량 및 신호 전송 속도와 처리율이 많이 떨어지고 자원과 비용이 많이 소비되는 결과를 초래한다.

이미 미디어 트래픽은 압축되어 있으므로, 전송 효율을 증가시키기 위해서는 네트워크에서 단말기의 개수만큼 중복 발생하는 동일 데이터를 감소시켜야 한다.

종래 기술의 미디어 트래픽 전송에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 OMA PoC를 이용하여 그룹 통신을 하기 위한 무선 네트워크 모델 구성도이다.

도 1은 송신자가 자신이 속한 그룹의 수신자에게만 미디어 데이터를 전송하기 위해 구성된 네트워크이다.

n1, n2, n3는 네트워크를 구성하고 있는 라우터 노드를 의미한다. 통신 방식은 유니캐스트만 지원하는 것으로 가정한다. 그룹 통신은 그룹명이 0인 출발지 노드 src(0)에서 그룹명이 동일한 수신자 노드 dst(0)에서 dst(i)로 동일한 음성 패킷을 보내어 src(0)에서 말하는 송신자의 음성을 수신자 노드 dst(i)에 있는 그룹 구성원 모두가 동일한 음성을 들을 수 있도록 한다.

최근에는 인터넷 기반의 그룹 통신에서 음성뿐만 아니라 정지영상, 동영상, 파일과 같은 모든 미디어 데이터의 사용이 가능하다.

유니캐스트(UniCast)는 특정 수신자에게만 데이터 패킷을 전송하는 방식으로 그룹통신을 위한 네트워크에서 유니캐스트를 적용하면 받는 수신자 단말기의 수만큼 데이터 패킷을 반복해서 보내므로 통신망의 효율이 대폭 저하되며, 제한된 회선 용량을 접속자들이 서로 나눠 가져야 한다는 문제점 때문에 전송 부담도 크다.

그러므로 전송 비용은 상한 값(upper bound)의 결과가 발생한다.

그러나 사용자는 VOD 특성을 살려 원하는 시간에 원하는 장소에서 시간과 공간의 제약을 받지 않고 서비스를 받을 수 있는 장점이 있다.

멀티캐스트(MultiCast)는 하나의 송신지에서 동시에 여러 수신자에게 전달하는 방식으로 데이터 중복 전송으로 인한 정보 체증을 완화시킨다. 또한, 대역폭과 망에 제한을 받지 않으며, 많은 사람들이 서비스를 받을 수 있고, 서버의 부하도 획기적으로 줄어드는 장점이 있다.

전송의 비용도 하한 값(lower bound)의 결과가 발생한다.

그러나 멀티캐스트는 라우터나 스위치에서 꼭 지원해야 한다는 제약이 있다.

즉, 멀티캐스트를 지원하는 라우터를 처음부터 종단까지 거치지 않으면 멀티캐스트를 수신할 수 없어 비용이 많이 든다.

만약 멀티캐스터 기능이 없다면 마치 브로드캐스트처럼 취급되어, 모든 단말기에 인터럽트를 걸어 단말기의 성능이 떨어진다는 단점이 있다.

그리고 도 2는 클라이언트에서 여러 그룹 구성원에게 미디어 트래픽을 일대다 방식으로 보내는 과정을 모델링하여 패킷 흐름을 나타낸 것이다.

도 2는 서버의 도움 없이 단말 간 그룹 통신하는 방식을 모델링 하는 것으로 클라이언트 모드라 명명한다. 이 시스템에서 한 그룹에 10명의 구성원이 존재한다면, 10명의 수신자에게 미디어가 전송되기 위하여 송신자는 10개의 미디어를 생성하여 데이터를 전송한다.

송신자 단말기에서 수신자 단말의 정보를 모두 관리하며, 수신자의 개수만큼 동일 데이터를 생성하여 전송한다.

결국, 송신단말기에서 수신자단말기까지 동일 데이터의 중복 발생으로 인한 네트워크 부하가 발생하여 네트워크의 성능이 떨어지는 문제가 발생한다.

이와 같은 도 2에서와 같은 클라이언트 모드의 문제를 해결하기 위한 방법으로 도 3에서와 같이 그룹 통신을 지원하는 VoIP 서버를 통하여 그룹 통신을 하는 서버 모드가 있다. VoIP 서버는 OMA PoC 표준의 시그널링 관점에서 PoC 서버라고도 한다.

도 3은 OMA PoC구조에서 PoC 서버에서 그룹 구성원에게 미디어 트래픽을 복사하여 전송하는 과정을 모델링한 서버 모드 구성도이다.

서버 모드에서는 현재 이 시스템에서 한 그룹에 10명의 구성원이 존재한다면, 10명의 수신자에게 미디어가 전송되기 위하여 송신자는 콘트롤링(controlling) PoC 기능을 내장한 VoIP 서버로 전송해야 할 미디어를 한번만 전송한다.

전송이 이루어지기 전, 서버는 전송받은 미디어를 복사하여 그룹에 속하는 모든 수신자 단말까지 데이터를 전송한다.

클라이언트 모드에서는 송신 단말기에서 모든 수신자 단말기 정보를 관리 하지만, 서버 모드에서는 송신 단말기가 아닌 서버에서 모든 수신자 단말기 정보를 관리한다. 서버 모드에서는 서버에서 AP까지 동일 데이터의 중복이 발생하지만, 클라이언트 모드에서의 출발지 노드에서 서버까지의 데이터 중복은 발생하지 않아 클라이언트 모드 보다는 네트워크 부하가 적게 발생하여 네트워크 혼잡을 줄일 수 있다.

또한, 출발지 노드에서 수신자 노드 정보에 해당하는 그룹 정보를 관리할 필요가 없다는 장점이 있다.

그럼에도 이상에서 설명한 종래 기술의 PTT 그룹 통신 방식에 있어서는 동일 데이터의 중복 발생 또는 데이터 복사 등으로 인한 네트워크 부하가 발생하여 네트워크의 성능이 떨어지는 문제가 발생한다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 PTT 그룹 통신 방식의 문제를 해결하기 위한 것으로, PTT(Push To Talk) 그룹 통신에서 PoC 서버와 AP(Access Point)에서 각각 그룹에 대한 AP 정보와 그룹에 대한 단말 정보를 관리하여 OMA(Open Mobile Alliance) PoC(Push to Talk over Cellular)를 이용한 그룹 통신의 중복 트래픽을 감소시킬 수 있도록 한 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 OMA PoC를 이용한 그룹 통신의 중복 트래픽을 감소시키기 위해 PoC 서버와 AP에서 각각 그룹에 대한 AP 정보와 그룹에 대한 단말 정보를 관리하기 위한 메모리(memory)를 두어 클라이언트 모드의 송신지 단말에서 수신자 단말기 정보를 관리하던 기능과 서버모드의 서버에서 수신자 단말기 정보를 관리하던 기능을 PoC 서버와 AP에서 각 그룹에 속하는 단말이 연결되어 있는 AP 정보와 각 그룹에 속하는 단말기 정보를 분산하여 관리하는 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 PoC 서버에 메모리를 두어 각 그룹에 속하는 단말이 연결되어 있는 AP에 대한 정보를 관리하여, PoC 서버에 해당 그룹의 단말이 연결되어 있는 모든 AP로 미디어 패킷을 전송하여 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 AP에 메모리를 두어 AP에서 각 그룹의 수신자 단말기 정보를 관리하여, AP를 통한 그룹 통신이 이루어지도록 하여 PoC 서버와 AP간 그룹 통신의 중복 트래픽을 감소시킬 수 있도록 한 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법은 OMA(Open Mobile Alliance) PoC(Push to Talk over Cellular)를 이용한 그룹 통신에 있어서, 그룹 통신을 하기 위한 등록 과정에서 AP(Access Point)가 수신자 단말 노드 정보를 획득하여 그룹-단말 목록에 저장하고 이를 VoIP 서버로 전송하는 단계;VoIP 서버가 그룹이 속해 있는 수신자 AP 노드 정보를 획득하여 수신자 AP 노드 정보와 그룹 정보를 그룹-AP 목록에 저장하는 단계;등록된 그룹의 송신 단말에서 그룹의 단말 노드로 패킷을 전송하기 위하여 패킷을 VoIP 서버로 전송하는 단계;VoIP 서버가 전송받은 패킷의 그룹 id 정보를 이용하여 그룹-AP 목록을 검색하고 관련 있는 AP로 전송하는 단계;AP가 전송받은 미디어 패킷의 그룹id와 관련 있는 단말을 그룹-단말 목록에서 검색하고 관련 있는 수신자 단말 노드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수신자 단말 노드 정보를 저장하고 이를 VoIP 서버로 전송하는 단계는, 어느 한 그룹에 속하는 수신자 단말기가 서버에 등록하기 위해 수신자 단말 정보를 AP를 통하여 VoIP 서버로 전송하는 과정과,AP가 수신한 수신자 단말 노드 정보를 획득하고, 획득한 정보를 그룹-단말 목록에 추가 및 관리하는 과정과,AP가 획득한 수신자 단말 노드의 그룹 정보를 AP 주소와 함께 VoIP 서버에게 전송하는 과정과,이를 수신한 VoIP 서버에서 그룹 정보와 AP 주소 정보를 그룹-AP 목록에서 관리하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 그룹-단말 목록은 그룹 id, 단말 주소를 포함하고,상기 그룹-AP 목록은 그룹 id, AP 주소를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 등록된 그룹의 송신 단말에서 패킷을 VoIP 서버로 전송하는 단계에서, 패킷은 그룹id 헤더 정보, 미디어 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 VoIP 서버가 전송받은 패킷의 그룹id 정보를 이용하여 그룹-AP 목록을 검색하고 관련 있는 AP로 전송하는 단계에서, 미디어 데이터 복사는 해당 그룹의 관련 있는 AP 개수만큼만 발생하여 VoIP 서버-AP 구간에서 네트워크 트래픽을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 AP가 전송받은 미디어 패킷의 그룹id와 관련 있는 단말을 그룹-단말 목록에서 검색하고 관련 있는 수신자 단말 노드로 전송하는 단계에서,수신한 미디어 데이터는 해당 그룹의 관련 있는 모든 수신자 단말로 복사되어 전송됨으로써 그룹 내 모든 단말로 동일 미디어 데이터 전달이 보장되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, AP에 메모리 기능을 두어 AP에서 수신자 단말기 정보를 관리하여, AP를 통한 그룹 통신이 이루어지도록 하여 VoIP 서버와 AP 구간에 대한 그룹 통신의 중복 트래픽을 감소시킬 수 있다.

둘째, 클라이언트 모드의 송신지 단말에서 수신자 단말기 정보를 관리하던 기능과 서버모드의 서버에서 수신자 단말기 정보를 관리하던 기능을 AP에서 수신자 단말기 정보를 관리하여 네트워크의 트래픽 감소로 인한 향상된 통신 서비스가 가능하다.

셋째, PTT(Push To Talk) 그룹 통신에서 각 AP(Access Point)에 미디어 트래픽을 관리중인 수신자 단말 노드 정보에 따라서 복사하여 전송되도록 하여 VoIP 서버와 AP 구간에 대한 그룹 통신의 중복 트래픽을 감소시킬 수 있다.

넷째, 중복 트래픽을 감소시켜 서버의 성능이 향상되며, 향상된 네트워크의 성능으로 많은 빠른 서비스를 가능하게 한다.

즉, 네트워크 전송 용량, 신호 전송 속도, 처리율을 높여 자원과 비용 측면에서 유리한 효과를 구현한다.

도 1은 OMA PoC를 이용하여 그룹 통신을 하기 위한 무선 네트워크 모델 구성도
도 2는 클라이언트에서 여러 그룹 구성원에게 미디어 트래픽을 일대다 방식으로 보내는 과정을 모델링한 패킷 흐름도
도 3은 OMA PoC구조에서 PoC 서버에서 그룹 구성원에게 미디어 트래픽을 복사하여 전송하는 과정을 모델링한 서버 모드 구성도
도 4는 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소를 위한 서버 AP 모드 구성도
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소를 위한 그룹0에 대한 패킷 흐름 예시 및 플로우 차트
도 6은 ns2 시뮬레이터의 음성 처리를 위한 VoIP 패킷의 흐름도
도 7a내지 도 9b는 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법을 적용한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프

이하, 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소를 위한 서버 AP 모드 구성도이다.

본 발명은 PTT(Push To Talk) 그룹 통신에서 각 AP(Access Point)에 미디어 트래픽을 PoC 서버와 AP(Access Point)에서 각각 그룹에 대한 AP 정보와 그룹에 대한 단말 정보를 관리하여 OMA(Open Mobile Alliance) PoC(Push to Talk over Cellular)를 이용한 그룹 통신의 중복 트래픽을 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

이하의 설명에서 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신은 멀티캐스트의 단점인 라우터나 스위치에서 꼭 지원해야 한다는 제약 없이 서비스를 받을 수 있는 유니캐스트 전송을 기본으로 한다.

본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법은 서버에서 수신자 단말 정보를 관리하던 것을 PoC 서버와 AP에서 각 그룹에 속하는 단말이 연결되어 있는 AP 정보와 각 그룹에 속하는 단말기 정보를 분산하여 관리하도록 하는 것이 가장 큰 특징이다.

또한, 서버에서 해당 그룹의 모든 수신자 단말기로 데이터를 복사하여 전송하는 것을 본 발명에서는 서버에서 해당 그룹의 수신자 단말기와 연결되어 있는 AP로만 미디어 데이터를 복사하여 전송하고 이를 수신한 AP에서 그룹의 여러 수신자 단말기로 전송되도록 하여 동일 데이터의 중복을 감소시켜 서버의 성능이 향상되도록 한다.

본 발명에서는 네트워크에서 단말기의 개수만큼 중복 발생하는 동일 데이터를 감소시키기 위하여 이미 미디어 트래픽은 압축되어 있는 것을 이용하여, 클라이언트 모드의 송신지 단말에서 수신자 단말기 정보를 관리하던 기능과 서버모드의 서버에서 수신자 단말기 정보를 관리하던 기능을 VoIP 서버와 AP에서 각각 그룹에 속하는 AP 정보와 그룹에 속하는 수신자 단말기 정보를 관리하도록 구성한다.

즉, AP에 메모리 기능을 두어 수신자 단말기 정보를 관리하여, AP를 통하여 실질적으로 수신자 단말기로의 그룹 통신이 이루어지도록 한 것이다.

도 4에서와 같이, 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신(서버 AP 모드)에서는 현재 이 시스템에서는 각각의 그룹에 10명의 구성원이 존재하는 경우에 한 그룹의 멤버 10명의 수신자에게 미디어가 전송되기 위하여 송신자는 Controlling PoC 기능을 가지는 VoIP 서버로 전송해야 할 미디어를 한번만 전송한다.

서버는 전송받은 미디어를 복사하여 수신자 단말의 그룹 정보를 가지고 있는 AP에게 데이터를 전송한다.

그리고 AP는 서버로부터 받은 데이터를 그룹에 해당하는 목적 단말에게만 데이터를 복사하여 전달한다.

도 2 및 도 3에서 설명한 클라이언트 모드, 서버 모드와 비교해보면, 출발지 노드에서 수신자 노드를 갖는 AP까지는 데이터 중복이 그룹에 속하는 수신자 노드 수만큼에서 관련있는 AP 수만큼 줄어들어 네트워크 부하가 기존 방식들에 비해 적게 발생하여 네트워크 혼잡을 줄일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법의 구체적인 구현에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소를 위한 그룹0에 대한 패킷 흐름 예시 및 플로우 차트이다.

AP는 서버로부터 전송받은 데이터를 각 단말에 전송하기 위하여 표 1과 같은 그룹-단말 목록을 사전에 저장하여 관리한다. AP는 서버로부터 전송받은 데이터를 AP의 자료구조에서 수신자 단말 주소지 정보를 찾아 각 단말에 전송한다.

특정 AP에 연결되어 있는 그룹의 개수는 다를 수 있으며, 각 그룹에 속하는 수신자 단말의 개수도 다를 수 있다.

그리고 VoIP 서버는 송신지 단말로부터 받은 정보를 AP에 전송하기 위해, 전송이 이루어지기 전에 수신 단말의 네트워크 등록(registration)시 표 2에서와 같이 AP로부터 받은 그룹에 속하는 단말이 연결되어 있는 AP 주소를 그룹-AP 목록에 저장하여 관리한다. VoIP 서버는 이 자료구조에 따라 단말 노드의 개수만큼이 아닌 해당 그룹의 개수만큼만 AP 개수만큼만 미디어 데이터를 복사하여 전송한다.

특정 그룹에 속하는 수신자 단말의 분포에 따라서 각 그룹에 속한 AP 주소 개수도 다를 수 있다.

그룹 통신을 하기 위해 등록 과정에서 AP는 단말 노드가 VoIP 서버로 전송하는 등록 메시지를 스니핑(sniffing)하여 수신자 단말 노드 정보인 수신자 노드 주소와 그룹 아이디를 획득할 수 있으며, 이를 “그룹-단말 목록”에 저장한다. AP는 등록 메시지를 전송한 단말 노드가 자신에게 연결되어 있음을 알 수 있고, 이에 따라서 그 단말 노드의 그룹 정보와 함께 AP 자신의 주소를 VoIP 서버에게 전송한다.

VoIP 서버는 AP가 전송하는 그룹이 속해 있는 AP 정보를 획득하여“그룹-AP 목록”에 그룹에 속하는 단말이 연결되어 있는 AP 정보를 저장한다.

그룹i에 속해있는 송신단말기에서 수신자 단말로 데이터를 전송하려고 한다면 송신단말기에서는 VoIP 서버로 데이터를 한번만 전송한다.

VoIP 서버에서는 저장하고 있는 그룹-AP 목록에서 그룹i에 해당하는 AP 주소 정보를 찾아서, 해당 AP로 데이터를 전송한다. 데이터를 전송받은 AP는 단말노드 정보를 관리하고 있는 그룹-단말 목록에서 그룹에 해당하는 수신자 단말 주소를 찾아서 해당 수신자 단말 노드로 데이터를 전송한다.

구체적으로 도 5b에서와 같이, 한 그룹에 속하는 수신자 단말기가 서버에 등록하기 위해 수신자 단말 정보를 AP를 통하여 VoIP 서버로 전송한다.(S501)

이어, AP는 패킷 스니핑(packet sniffing)을 통하여 수신자 담말의 그룹id 정보를 획득한다.(S502)

AP는 획득한 (그룹id, 단말 주소) 정보가 표 1에서와 같은 기존 그룹-단말 목록에 없으면 그룹-단말 목록에 획득한 정보를 추가하고, 관리한다(S503)

그리고 AP는 추가된 (그룹id, 단말 주소) 정보의 그룹id가 새 그룹이면 단말 노드의 그룹 정보와 함께 AP 자신의 주소를 VoIP 서버에게 전송한다.(S504)

이어, VoIP 서버는 수신자 AP 노드 정보(그룹 id, AP 주소)를 수신한다.(S505)

VoIP 서버는 표 2에서와 같은 그룹-AP 목록에 수신한 정보를 추가하고 관리한다.(S506)

그룹i의 송신단말에서 그룹i의 모든 단말노드로 패킷을 전송하기 위해 그룹id를 포함하는 미디어 패킷을 VoIP 서버로 전송한다.(S507)

VoIP 서버는 미디어 패킷 수신시 패킷이 속한 그룹이 분포되어 있는 AP 목록을 알기 위하여 그룹-AP 목록을 검색한다.(S508)

그리고 VoIP 서버는 그룹 id에 관련 있는 AP 주소로 수신한 미디어 패킷을 복사하여 전송한다.(S509)

AP는 미디어 패킷 수신시 그룹-단말 목록에서 미디어 패킷에 있는 그룹id와 일치하는 단말 목록을 검색한다.(S510)

AP는 검색된 단말 목록에 있는 모든 단말 노드로 미디어 패킷을 복사하여 전송한다.(S511)

Controlling PoC 기능을 가지는 PoC 서버(또는 VoIP 서버)에서 미디어 패킷 수신시 AP로 데이터를 복사하여 전송하는 알고리즘은 표 3에서와 같다.

VoIP 서버는 group(i)에 속하는 송신자 단말기 MT(j)로부터 미디어 패킷을 전송받는다. 이때, VoIP 서버에서 관리중인 그룹-AP 목록을 검색하여 group(i)에 속하는 단말 노드와 연결되어 있는 모든 AP(k)로 미디어 패킷을 복사하여 전송한다.

미디어 패킷을 수신한 AP에서 패킷을 복사하여 전송하기 위한 알고리즘은 표 4에서와 같다.

미디어 패킷을 수신한 AP는 해당 패킷의 헤더에서 그룹 정보를 찾아서 AP에서 관리중인 그룹-단말 목록을 검색하여 해당 그룹에 속하는 모든 단말 MT(l)로 패킷을 복사하여 전송하면 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법은 OMA PoC를 이용하여 그룹 통신시 중복 트래픽을 감소시키기 위해 PoC 서버와 AP(Access Point)에서 각각 그룹-AP 정보와 그룹-단말 정보를 관리하여 전송되도록 한 것이다.

네트워크 시뮬레이터 ns-2로 구현하여 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신과 그렇지 않은 경우의 MOS(Mean Opinion Score)를 사용하여 성능을 비교 분석하면 다음과 같다.

도 6은 ns2 시뮬레이터의 음성 처리를 위한 VoIP 미디어 패킷의 흐름도이다. 미디어 패킷 생성은 계층 구조에 따라 어플리케이션 영역의 VoipSource, VoipEncoder가 담당한다. 코덱 종류에 따른 패킷의 크기 및 생성 간격 정보는 VoipEncoder에서 담당하며, 패킷 생성은 VoipSource에서 담당한다. 실제 패킷 전송 모델링은 Agent/UDP가 담당한다.

표 5는 성능 평가를 위한 시뮬레이션 환경 변수를 나타낸 것이다.

링크 대역폭은 10Mb로 고정하고, 링크 대역폭은 10Mb로 고정하고, 미디어 패킷 생성은 AMR 코덱을 사용하는 것을 가정한다.

링크 지연시간에 따른 성능 변화를 평가하기 위하여 최소 1ms에서 최대 100ms까지 사용한다.

VoIP 서버에서 미디어 패킷을 처리하는 시간은 패킷 크기가 작고 처리하는 데 많은 시간을 소요하지 않을 것으로 생각하여 10^-6 초로 고정하여 시뮬레이션 실험을 수행한다.

송수신자의 이야기 상태를 모델링하기 위하여 VAD(Voice Activity Detection) 방법이 사용된다. 단방향 화자가 말하는 구간과 무음 구간을 모델링하기 위하여 Talkspurt 상태와 Silence 상태로 구분한다.

그룹통신 성능 평가를 위한 ns2voip++ 패키지에서는 이 두 상태를 모델링하기 위하여 Weibull 분포 f(x;α,β)를 사용 한다. Talkspurt 상태는 Weibull 분포 f(x;1.423,0.824)를 사용하며, Silence 상태는 Weibull 분포 f(x;0.899,1.089)를 사용한다.

Weibull 분포의 기대값 E(X), 즉 평균 μ는 다음과 같다.

수학식 1에 의하여 Talkspurt 상태의 평균 지속 시간 tspurt은 다음과 같다

Silence 상태의 평균 지속 시간 tsilence은 다음과 같다.

Talkspurt 상태에 있는 동안 음성 패킷을 발생시키므로 지정된 AMR 패킷 생성 간격이 0.02초를 감안하면 Talkspurt 상태에 있는 동안 약 37 패킷(tspurt/0.02)이 생성된다.

패킷 크기가 67 바이트이므로 2479 (= 67 * 37) 바이트가 생성된다.

tsilence 시간 동안은 패킷이 전혀 생성되지 않으므로 (tspurt + tsilence) 시간동안 2479 바이트가 발생함을 알 수 있다. 따라서 음성 패킷에 의한 평균 비트율은 2479 * 8 / (0.7492 + 1.1465)bps, 즉 10461.57bps이다.

도 7a는 도 1에서와 같은 네트워크 모델에서 클라이언트 모드와 서버 모드, 본 발명에 따른 서버 AP 모드를 MOS 성능값을 ns-2로 시뮬레이션한 결과이다.

도 7a는 그룹 내 구성원의 수 변화에 따른 성능 변화를 나타낸 것이다.

클라이언트 모드, 서버 모드, 서버 AP 모드의 서버 구간 링크 포화에 대한 분석이 적절한 지를 평가하기 위하여 그룹 수와 AP의 수를 각각 1로 고정하고 그룹 내 구성원 수를 100~2100으로 변화시키고, 서버 구간의 링크 대역폭은 10Mb로 고정한다.

서버 구간의 링크 대역폭을 10Mb로 고정하였으므로 음성 패킷의 수가 평균적으로 956 (=10000000 / 10461.57)개를 넘어서면 서버 구간에서 수신자 노드로 가는 하향 링크가 포화되는 것을 알 수 있다. 그룹 내 구성원의 수가 [730, 750] 구간에서 급격하게 감소하기 시작한다.

즉, 링크 대역폭 대비 처리해야 할 미디어 패킷이 73~78%를 넘어서면 평균 MOS 값이 급격하게 감소함을 알 수 있다.

그리고 도 7b는 링크 포화 구간의 성능 변화를 나타낸 것으로, 도 7a의 MOS 성능이 급격히 떨어지는 부분의 성능 변화를 자세하기 관찰하기 위하여 그룹 내 구성원 수 l을 [650, 1100] 구간에서 변화시켜 실험한 것이다.

클라이언트 모드와 서버 모드에서는 [750, 1100] 구간에서 평균 MOS값이 3이하로 낮아짐을 알 수 있다.

본 발명에 따른 서버 AP 모드에서는 [730, 840] 구간에서 평균 MOS 값이 3이하로 낮아짐을 알 수 있다. 즉, 서버 구간의 하향 링크 사용률이 97~98%되는 시점에서 MOS 값이 3이하로 떨어져 시스템 내 전체 음성 품질이 나쁨을 알 수 있다.

서버 AP 모드에서는 서버 모드나 클라이언트 모드보다 20개 작은 730 노드에서 MOS 값이 3이하로 작아지는 현상을 보이나, 1100개의 노드까지 3이하로 떨어지지 않아 본 발명에 따른 서버 AP 모드가 음성 품질이 나빠지지 않고 좋음을 알 수 있다.

도 8은 링크 지연 시간 변화에 따른 MOS 값의 성능을 분석하기 위해 AP의 개수와 그룹당 단말노드의 개수를 1로 고정시키고, 그룹의 구성원 수를 10에서 1000으로 하여 링크 지연 시간을 1ms~50ms로 변화시켜 가면서 측정한 MOS 성능 결과이다.

도 9a는 AP의 개수와 그룹의 개수의 변화에 따른 성능을 평가하기 위하여 그룹수 5개, AP수 5개로 고정하고 단말의 개수를 10~70개로 변화시켜 실험하여 측정한 MOS값이다. 클라이언트 모드와 서버 모드에서는 노드의 수가 40개가 될 때 MOS값이 3이하로 급격히 낮아져 음성 품질이 급격히 나빠지고 있으나, 본 발명에 따른 서버 AP 모드에서는 4 이하로는 더 이상 낮아지지 않고, 음성 품질을 유지함을 알 수 있다.

도 9b는 AP의 개수와 그룹의 개수의 변화에 따른 성능을 평가하기 위하여 그룹수 10개, AP수 10개로 고정하고 단말의 개수를 10~70개로 변화시켜 실험한 것이다.

클라이언트 모드와 서버 모드에서는 노드의 수가 20개가 될 때 MOS값이 3이하로 급격히 낮아져 음성 품질이 급격히 나빠지고 있으나, 본 발명에 따른 서버 AP 모드에서는 3.5 이하로는 더 이상 낮아지지 않고, 음성 품질을 계속 유지함을 알 수 있다.

산업 현장에서는 가용 주파수 한계 문제의 해결과 저렴한 요금, 짧은 대기시간, 간편한 사용법으로 IP 네트워크 기반의 무선 단말기를 이용한 PTT 서비스가 증가하고 있고, VoIP 보급 증가에 따라 무선 네트워크에서 PTT를 이용한 그룹 통신의 이용이 증가 추세이다.

이와 같은 추세에 적합하도록 한 본 발명에 따른 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법에서는 네트워크의 중복된 트래픽을 감소시키기 위해 각각의 AP에 그룹-단말 목록을 관리하고, 서버는 그룹-AP 목록을 관리하여 동일 AP에 한번만 미디어 트래픽을 전송하고, AP내에 있는 그룹-단말 목록을 검색하여 최종적으로 그룹에 속하는 모든 단말에 실제 미디어 트래픽이 전송되는 방식이다.

따라서, 서버와 AP 구간 네트워크의 트래픽 감소로 인한 비용 감소 및 효율적이고 성능이 향상된 통신 서비스가 가능하다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

OMA(Open Mobile Alliance) PoC(Push to Talk over Cellular)를 이용한 그룹 통신에 있어서,
어느 한 그룹에 속하는 수신자 단말기가 서버에 등록하기 위해 수신자 단말 정보를 AP(Access Point)를 통하여 VoIP 서버로 전송하고, AP가 수신한 수신자 단말 노드 정보를 획득하고, 획득한 정보를 그룹-단말 목록에 추가 및 관리하는 과정 및 AP가 획득한 수신자 단말 노드의 그룹 정보를 AP 주소와 함께 VoIP 서버에게 전송하고, 이를 수신한 VoIP 서버에서 그룹 정보와 AP 주소 정보를 그룹-AP 목록에서 관리하는 단계;
VoIP 서버가 그룹이 속해 있는 수신자 AP 노드 정보를 획득하여 수신자 AP 노드 정보와 그룹 정보를 그룹-AP 목록에 저장하는 단계;
등록된 그룹의 송신 단말에서 그룹의 단말 노드로 패킷을 전송하기 위하여 패킷을 VoIP 서버로 전송하는 단계;
VoIP 서버가 전송받은 패킷의 그룹 id 정보를 이용하여 그룹-AP 목록을 검색하고 관련 있는 AP로 전송하는 단계;
AP가 전송받은 미디어 패킷의 그룹id와 관련 있는 단말을 그룹-단말 목록에서 검색하고 관련 있는 수신자 단말 노드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 그룹-단말 목록은 그룹 id, 단말 주소를 포함하고,
상기 그룹-AP 목록은 그룹 id, AP 주소를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 등록된 그룹의 송신 단말에서 패킷을 VoIP 서버로 전송하는 단계에서,
패킷은 그룹id 헤더 정보, 미디어 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 VoIP 서버가 전송받은 패킷의 그룹id 정보를 이용하여 그룹-AP 목록을 검색하고 관련 있는 AP로 전송하는 단계에서,
미디어 데이터 복사는 해당 그룹의 관련 있는 AP 개수만큼만 발생하여 VoIP 서버-AP 구간에서 네트워크 트래픽을 감소시키는 것을 특징으로 하는 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 AP가 전송받은 미디어 패킷의 그룹id와 관련 있는 단말을 그룹-단말 목록에서 검색하고 관련 있는 수신자 단말 노드로 전송하는 단계에서,
수신한 미디어 데이터는 해당 그룹의 관련 있는 모든 수신자 단말로 복사되어 전송됨으로써 그룹 내 모든 단말로 동일 미디어 데이터 전달이 보장되는 것을 특징으로 하는 PTT 그룹 통신에서의 미디어 트래픽 감소 방법.