오늘은 LTE QoS에 대해서 설명드리도록 하겠습니다. 

유선통신망이던 무선통신망이던 모두 표준(IETF RFC, IEEE 802, 3GPP, NWG등)에 기반한 QoS 기능을 제공합니다. 통신 방식(유선 Ethernet/IP/MPLS, 무선 LTE/WiBro/Wi-Fi)에 따라 그 표준과 방식의 차이점은 있겠으나 QoS는 결국 (1) 돈을 많이낸 가입자의 트래픽은 그 품질을 보장해 주겠다. (2) 중요한 서비스 트래픽은 그 품질을 보장해 주겠다(Voice나 Video 트래픽은 Internet 트래픽보다 소중하니까...). 입니다.

사실 (1)번은 그리 일반적이지 않을 것 같구요(우리가 통신사업자에 서비스 가입할때 돈 많이 내면 QoS 보장해 주겠다는 상품은 없잖아요). 보통 통신사업자는 (2)번을 위해 QoS를 사용합니다. 유선망에서 가장 일반적으로 QoS가 적용되는 것이 아마도 VoIP나 IPTV 서비스 일것입니다. 저희 집은 KT IPTV를 이용하고 있는데요. KT는 인터넷 트래픽에 비해서 IPTV(Live & VoD) 트래픽의 QoS 등급을 더 높여서(L2 구간에서는 802.1p로, IP 구간에서는 DSCP로, MPLS 구간에서는 MPLS header의 EXP 필드를 이용하여 차별화함) 인터넷 트래픽이 아무리 많아도 IPTV 트래픽의 품질을 보장합니다. 그래서 저는 끊김없이 모자이크 없이 소녀시대를 잘 볼 수 있었습니다. ^^*

자 이제 무선통신서비스인 LTE에서의 QoS를 살펴 보도록 하겠습니다. 오늘은 LTE QoS에 기본적인 설명만 드리구요, 이후 후속편에서 LTE QoS에 대해 심도깊게 기술들을 설명 드리도록 하겟습니다.

전에도 설명드린 바와 같이 UE가 LTE 망에 접속을 하면 UE부터 P-GW까지(UE - eNB - S-GW - P-GW) EPS Bearer라는게 생성이 됩니다(GTP 방식의 터널). 그리고 이 EPS Bearer는 UE당 하나만 생성되지 않고 각 서비스 특성에 따라 여러개가 생성이 될 수도 있습니다(예를 들어, Internet용 EPS Bearer, IPTV용 EPS Bearer, VoIP용 EPS Bearer.... 이건 통신사업자의 정책입니다.). 이 EPS Bearer는 생성되는 시점에 따라 2가지 종류의 Bearer가 존재합니다.

Default EPS Bearer

• 단말(UE)이 LTE망에 접속하면 무조건 하나의 EPS Bearer가 생성되어야 하며, 이 Bearer를 "Default EPS Bearer"라고 합니다. 그리고 이 Bearer는 UE가 망에서 빠져나오기(Detach) 전까지 유지됩니다.
• Default EPS Bearer의 QoS 특성은 Non-GBR(Non-Guaranteed Bit Rate) 입니다. 즉, Best Effort (품질을 보장할 수 없는) 특성을 가집니다.

Dedicated EPS Bearer

• Default EPS Bearer가 생성된 후에 추가적으로 필요시 생성되는 Bearer를 Dedicated EPS Bearer라고 합니다. 예를 들어, 처음 LTE 망에서 접속한 UE는 Internet용으로 Default EPS Bearer만 생성이 됩니다. 그런데 이후 UE가 Voice(VoIP) 서비스를 사용하려 합니다. 그리고 이 Voice 서비스는 Internet 서비스에 비해 QoS 품질이 좋아야 하므로 Internet용 Default EPS Bearer를 통해 서비스가 될 수 없습니다. 따라서 이 경우, On-demand로 Voice용 Dedicated EPS Bearer가 생성될 수 있습니다.
• Dedicated EPS Bearer는 GBR로 생성될 수도 있고, Non-GBR로 생성될 수도 있습니다. 위의 예와 같이 Voice를 위한 Dedicated EPS Bearer라면 GBR로 생성이 되어야 QoS 품질을 보장 받을 수 있을 것입니다.

EPS Bearer는 UE와 P-GW간에 생성되는 터널로써, 이 터널(EPS Bearer)을 통해 다양한 종류의 트래픽(5-tuple로 구분되는 트래픽)이 지나 다니게 됩니다. 이 다양한 종류의 트래픽을 IP flow라고 부르고, 이 IP flow는 패킷의 5-tuple (Source IP, Destination IP, Protocol ID, Source Port, Destination Port)로 구분됩니다. 예를 들자면, 어떤 UE가 네이버에 접속을 한다면 5-tuple은 아래와 같게 될 것이고 이 트래픽이 하나의 IP flow로 정의 되는 것입니다.

• Source IP = UE IP 주소
• Destination IP = 네이버 서버 IP 주소
• Protocol ID = 6 (TCP를 의미함)
• Source Port = Random number (Ephemeral port number)
• Destination Port = 80 (WWW을 의미함)

IP Flow와 SDF(Service Data Flow)

그렇다면 하나의 UE가 사용하는 응용(서비스)에 따라(송수신하는 트래픽에 따라), 매우 많은 개수의 IP flow들이 존재하게 될 것인데요(네이버 접속, 다음 접속, 카톡, 게임, VoIP, YouTube 등등). 이 IP flow들은 P-GW의 5-tuple 기반의 classifier(일반 유선 장비의 ACL이라고 보시면 됨)에 의해서 SDF(Service Data Flow)로 매핑이 됩니다. 이 5-tuple 기반의 classifier를 LTE에서는 SDF Template이라고 부릅니다. 이렇게 여러개의 IP flow들이 각각 5-tuple 기반으로 분류되어 SDF로 매핑이 되면, 이제 P-GW는 SDF 별로 QoS를 처리하고(QoS 처리 방법은 다음 시간에...) 그 SDF가 EPS Bearer로 매핑이 되어 UE까지 전달되게 됩니다.

P-GW에서 SDF별로 QoS 처리가 된 후 ESP Bearer로 매핑이 되면, P-GW에서 UE까지는 SDF가 보이지 않고 EPS Bearer 단위로 QoS 처리가 됩니다.