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내상 강
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 18, No. 4 pp , ISSN / eissn SDN 과 SNMP 를이용한 IMS 네트워크관리 양우석, 김정호, 이재오 * 한국기술교육대학교전기전자통신공학과 A Management for IMS Network Using SDN and SNMP Woo-Seok Yang, Jung-Ho Kim, Jae-Oh Lee * Electrical Electronics & Communication Engineering, Korea University of Technology and Education 요약정보통신기술의발달은네트워크사용자들이손쉽게멀티미디어서비스를이용할수있도록했다. 이로인해정보통신사업자들은 QoS(Quality of Service) 기반의멀티미디어서비스를제공하는기술을주목하기시작했다. IMS(IP Multimedia Subsystem) 는멀티미디어서비스및응용서비스를제공하는기술중하나로 IP 네트워크를기반으로하는플랫폼이다. 최근에주목을받고있는 5G 네트워크는대규모의용량및연결, 적응성, 끊김없는이종성, 그리고고도의유연성으로표현된다. 5G로향하는근래의네트워크기술에서급증하는네트워크디바이스와서비스이용자는트래픽의부하를일으킬수밖에없다. 본논문은이러한네트워크트래픽의부하를네트워크가상화기술인 SDN(Software Defined Network) 을이용하여최소화하고, 여기에 SNMP(Simple Network Management Protocol) 를이용하여보다더효율적인네트워크관리를하려한다. 이를위해 SDN을이용한 IMS 네트워크에서이용될동적라우팅알고리즘과 SNMP 의 private MIB(Management Information Base) 의설계를제안한다. 본논문의제안을통해정보통신사업자는보다효율적으로네트워크자원을제공할수있다고기대한다. Abstract In accordance with the development of information and communications technology, a network user has to be able to use quality of service (QoS)-based multimedia services easily. Thus, information and communications operators began to focus on a technique for providing multimedia services. The IP Multimedia Subsystem (IMS) is a platform based on Internet Protocol (IP) as a technology for providing multimedia services and application services. The emerging 5G networks are described as having massive capacity and connectivity, adaptability, seamless heterogeneity, and great flexibility. The explosive growth in network services and devices for 5G will cause excessive traffic loads. In this paper, software-defined networking (SDN) is applied as a kind of virtualization technology for the network in order to minimize the traffic load, and Simple Network Management Protocol (SNMP) is used to provide more efficient network management. To accomplish these purposes, we suggest the design of a dynamic routing algorithm to be utilized in the IMS network using SDN and an SNMP private management information base (MIB). The proposal in this paper gives information and communications operators the ability to supply more efficient network resources. Keywords : Dynamic Routing, IMS, MIB, SDN, SNMP * Corresponding Author : Jae-Oh Lee(Korea University of Technology and Education) Tel: jolee@koreatech.ac.kr Received July 25, 2016 Accepted April 7, 서론 5G 통신에서가장우려되는문제점은폭발적으로증가하는네트워크디바이스의수에따른신호트래픽의관리다. 이를해결할방안으로통신사업자들은네트워크 가상화에주목하고있다. 네트워크가상화란기존의하드웨어와소프트웨어자원을하나의소프트웨어로네트워크자원과구조를효율적으로이용할수있다는개념으로기존자원들을하나의소프트웨어로네트워크자원 Revised (1st January 31, 2017, 2nd April 6, 2017) Published April 30,

2 SDN 과 SNMP 를이용한 IMS 네트워크관리 과구조를효율적으로이용할수있게한다. 대표적인기술로는 SDN이있다. 네트워크디바이스들의멀티미디어서비스를제공하기위한핵심기술로는 IP망을기반으로하는 IMS가있다. 이 IMS를 SDN과접목시켜, SDN Controller로 IMS 의노드인 CSCF(Call Session Control Function) 들을제어한다면향후 IoT(Internet of Things) 산업에서급증하는디바이스로인한멀티미디어서비스의트래픽문제를해결할수있다고본다. SDN Controller를통해 IMS의 CSCF들을제어하기위해서는 NMS(Network Management System) 이필요하다. NMS란네트워크의효과적인운용, 설비유지및품질유지를위하여통신시스템의운영관리와시스템내의각종자원의구성, 상태등을감시하고조작하는것을말하며, 구체적으로는트래픽관리, 품질유지, 보존관리그리고망제어를포함한다 [1]. 본논문에서는새로운연구방향으로대표적인관리프로토콜인 SNMP를활용하여 SDN기반의 IMS 네트워크를관리하는방안과네트워크의규모가커질경우에적합한동적라우팅방식알고리즘그리고 SNMP내의 MIB설계를제안한다. 2. SDN과 SNMP 를이용한 IMS 네트워크관리 2.1 SDN 기반의 IMS Fig. 1은 SDN기반의 IMS 네트워크구조를보여주고있다. 다양한특징의네트워크디바이스들은하단부의게이트웨이 (Gateway) 를통해 Network Domain으로신호를보내게된다. 이들신호는 Network domain 내 Access Network의기지국 (Base Station: BS) 에서취합된다. 이후 Core Network의 GGSN(Gateway GPRS Support Node) 및 SGSN(Serving GPRS Support Node) 을통하게된다. GGSN에서는 SGSN으로부터오는 GPRS 패킷을적합한 PDP 형식으로변환하여전송하고 SGSN에서는패킷라우팅및전송, 이동및링크관리, 인증, 요금부과등의역할을수행한다. 또한네트워크자원들은 IMS Network내의있는 CSCF들을통해해당하는 Application Domain에위치한 Network Device Server로향하게되며이후사용자는 Network Device Server에서해당하는네트워크자원의정보를확인할수있다. Application Domain에서는 Network Device Server, Device Management 등이기본적으로존재하며사용자의필요성에따라생성과삭제그리고추가등의서비스를통해다양한서비스의제공이가능하다 [2, 9]. 제시한네트워크구조는우측에위치한 SDN 제어기 (Controller) 와 SNMP 제어기Controller) 를통해서제어가가능하다. SDN기반의 IMS는 SDN Controller를통해각 CSCF 들의역할을관리한다. 다음 Fig. 2는 SDN 기반의 IMS 의단순구조를나타낸다. Fig. 2. Simple Architecture of IMS based on SDN Fig. 1. Architecture of IMS based on SDN SDN 제어기는 IMS내의 CSCF들의상태를체크하여부하가발생할경우다른 IMS의 CSCF로넘길수있게신호를 OpenFlow를통해처리한다 [3-4]. 이러한구조의네트워크제어를통해네트워크서비스의유연성을높여 695

3 한국산학기술학회논문지제 18 권제 4 호, 2017 응용서비스의개발및관리비용을줄일수있다. 2.2 SNMP 를이용한네트워크관리앞서언급한 SDN기반의 IMS 구조를 SNMP로보다신뢰성있고간편하게네트워크관리를할수있는방안을제안하려한다. Fig. 3은 SNMP를이용한네트워크관리의전체적인구조를나타낸것이다. SDN과같은 Openflow Network 간의제어를가능하게하는프로토콜이다. 다음 Fig. 4 는 SNMP 관리자의기본모듈을나타낸다. Fig. 4. SNMP Manager Module Fig. 3. IMS Network Management based on SDN Using SNMP User에서 SDP가포함된 SIP 신호를 CSCF로보내면, CSCF에있는 SNMP 에이젼트 (Agent) 는 SNMP 프로토콜을이용하여주기적으로 MIB를 SNMP 관리자 (Manager) 와정보를주고받는다. 만약기존의 CSCF에부하가발생하면 SNMP 관리자는 SDN 제어기가적절한 CSCF를선택하여 SIP메시지를전달할수있도록한다. 이를통해네트워크자원과구조를효율적으로이용할수있다. 다음은 SDN 기반의 IMS 구조를제어및관리를하는 SNMP 관리자와 SDN 제어기에대해설명한다. 먼저 SNMP 관리자는 Management Module과 Monitoring Module 두가지의모듈을가지고네트워크를제어한다. Management Module에서는 IMS 내의 CSCF들을생성, 제어, 관리그리고삭제를수행하며, Monitoring Module 에서는 IMS 내의 CSCF에부하발생의여부를모니터링한다. 이두모듈은상호간정보교환을통하여 CSCF의부하발생시 SDN 제어기에통보하여적절한 S-CSCF로네트워크자원이할당되도록한다. 이때 SNMP 관리자와 SDN 제어기는 Legacyflow를이용하여통신한다. Legacyflow는기존의네트워크인 Legacy Network와 SDN 제어기는 SNMP 관리자Manager의요청을받아 Traffic Flow Policy DB 및 Network Information Module의정보를사용하여 Traffic Flow Decision Module의결정으로 IMS로전달되는네트워크신호트래픽을분류한다. 그후지정된 IMS 혹은부하가적은 IMS에게네트워크신호트래픽이전달되도록제어및관리한다. 이는 IMS들이트래픽을전송하는네트워크장비내의트래픽정보를관리프로토콜 (OpenFlow, SNMP 등 ) 을사용하여생성혹은수정하여이에따라트래픽이전달되도록구성한다. Fig. 5는 SDN 기반의 IMS 구조에서 SDN 제어기를나타낸것이다. Fig. 5. SDN Controller Traffic Flow Decision Module에서결정한경로는 Traffic Routing Setting Module로적합한 IMS내의 S-CSCF로할당되도록한다. 다음 Fig. 6은위의구조를통하여 I-CSCF에서 S-CSCF로의 SIP 메시지흐름과 SNMP 관리자와 SDN 제어기의제어를시나리오로보여준다 [3]. 696

4 SDN과 SNMP를 이용한 IMS 네트워크 관리 Fig. 7. Dynamic Routing Algorithm Fig. 6. Scenario of Message Routing Fig. 7의 알고리즘은 CSCF와 SNMP 관리자 그리고 다수의 S-CSCF(a,b,c)가 존재할 때, 임의의 S-CSCF SDN 제어기인 세 구성으로 나뉘어 동작한다. 각 구성은 에 부하가 발생했다고 가정한다. 부하가 발생한 S-CSCF 다음과 같은 작업을 수행한다. 는 SNMP 관리자에게 부하의 발생을 알린다. 이후 SNMP 관리자는 라우팅 할 S-CSCF의 주소를 SDN 제 CSCF: CSCF내의 에이젼트로부터 Threshold 어기에게 알려주고 적절한 S-CSCF를 선택하여 SIP 메 가 발생시, Trap메시지를 SNMP 관리자로 보고 및 시지를 전달한다. 저장 SNMP 관리자: CSCF들의 정보를 비교 분석 후 가 장 적합한 CSCF선택 3. 효율적인 네트워크 관리를 위한 SDN 제어기: 선택된 CSCF를 확인 후 라우팅 우선 동적라우팅 알고리즘과 MIB 설계 순위 결정 3.1 동적 라우팅 알고리즘 설계 이때, Threshold의 기준은 CPU와 Memory를 통해 결 2절에서 언급한 네트워크 관리 구조가 이뤄지기 위해 정되며 다음 Fig. 8의 형식을 따른다. 서는 다음 Fig. 7과 같은 동적 라우팅이 이뤄져야 한다. 동적 라우팅 알고리즘을 이용하는 이유는 네트워크의 규 모가 커질 경우 CSCF의 노드 수는 더 많아지고 관리해 야 할 부분이 많아지기 때문에 부하가 걸릴 시 수행이 힘든 정적 라우팅보다 적절하기 때문이다[5]. CSCF에 있는 SNMP 에이젼트는 주기적으로 성능 관련 정보인 MIB를 SNMP 관리자에게 제공한다. SNMP 관리자는 제공받은 정보를 바탕으로 Fig. 7의 동적 라우팅 알고리 즘을 이용하여 관리 서비스를 수행한다. 즉, 동적 라우팅 은 CSCF 내의 MIB에서 추출한 값을 분석하여 성능이 Fig. 8. Decision of Threshold Value 좋은 CSCF로 라우팅 경로를 변경한다. 알고리즘의 전체적인 흐름은 다음과 같다. SNMP 관 리자는 주기적으로 Get 메시지를 통하여 CSCF로부터 697

5 한국산학기술학회논문지제 18 권제 4 호, 2017 성능정보에관한정보를수집한다. SNMP 관리자에의하여설정한 Threshold(CPU, Memory) 를초과하거나예외이벤트가발생할경우에 Trap 메시지를통해 SNMP 관리자에게보고및저장한다. Trap 메시지는 CSCF들이비정상적인동작또는이벤트가발생할경우에이를 SNMP 관리자에게전달하는역할을수행한다. SNMP 관리자는이렇게전송된 CSCF 정보들을추출한뒤각 CSCF들의성능을비교분석한다. 그리고가장효율높은 CSCF를선택한뒤 SDN 제어기에게이정보를전송하면, SDN 제어기는가장효율이좋은라우팅경로를결정하여수행한다. 3.2 privat MIB 설계 MIB는 Fig. 9와같은계층적구조를가짐으로필요에따라확장해서사용이가능하기때문에사설 MIB는 private(4) 의 enterprise(1) 에정의해서사용할수있다 (RFC 1213). Table 1. Private MIB in IMS based on SDN 1) IbS IMS based SDN Node name IbSMACAddr IbSDescript IbSOrganization IbSLocation IbSReset IbSStatus IbSUptime IbSDeathCount IbSRequests IbSVmIndex IbSVmId IbSProcessIndex IbSProcessId IbSCpuIndex IbSCpuId IbSTrapStatusChange IbSTrapDetectNew IbSTrapDisappear IbSTrapCpuWarn Value MAC Address of IbS IbS description IbS organization Location of Ibs IbS reset State of Ibs Run time of IbS Stop count of IbS Request count of IbS Index of IbS ID of IbS Process index of IbS OS ID Index of CPU CPU ID agent state change Trap Add new agent Trap Agent dis appear Trap Over CPU Threshold Table 1 의 MIB 는 private MIB 로정의되고, 각각의 CSCF 내의에이전트가탑재한관리구조의정보를나타낸다. IMS 내 CSCF의장애원인을판단할수있는정보들과신속한처리를위한 Trap 정보를포함하여네트워크를관리함에있어신속한처리가이뤄질수있게한다. 4. 결론 Fig. 9. Basic Architecture of MIB 이렇게정의된 MIB는 SNMP가관리해야할네트워크자원오브젝트의분류된정보를의미한다. 관리할자원오브젝트는시스템정보, 네트워크사용량, 네트워크인터페이스정보등이된다. MIB로정리된값에대해서 SNMP는에이전트의상태를파악하거나그값을변경할수있다. 결과적으로에이전트의장비와상태도변경할수있으며, 동작을명령할수있다. 본논문이제시한 SDN기반의 IMS 네트워크구조의효율적인네트워크관리를위해 Table. 1과같은사설 MIB 정보를제안한다. 본논문은 SDN과 SNMP를이용하여멀티미디어서비스플랫폼인 IMS의네트워크를관리하는방안에대해제시한다. SDN 기반의 IMS를통해통신사업자는멀티미디어서비스를별다른투자비용없이제공할수있고, SNMP를이용하여보다효율적인네트워크자원의관리가가능하다. 또한제시하는구조에맞게동적라우팅알고리즘을통하여 SDN 기반의 IMS 구조의구성요소인 CSCF, SNMP 관리자그리고 SDN 제어기들이 IMS의부하가발생하지않도록역할을수행할수있도록하고 SNMP 내의 private MIB를설계및구현을한다면 CSCF의상태와장애원인을파악및처리가신속히이뤄질수있을것이라예상한다. 본논문이제시하는부분은향후연구를통해실제서비스를구현할것이며, 동적라우팅알고리즘과 private MIB를이용했을때기존의 IMS와의트래픽부하처리를비교해볼것이다. 698

SDN 과 SNMP 를이용한 IMS 네트워크관리 References [1] J. Case, A Simple Network Management Protocol (SNMP), IETF RFC 2790, Mar. 2000.

DOI: http://dx.doi.org/10.5762/kais.2016.17.4.752 [3] N. McKeown, OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks,2008. http://www.openflow.org/documents/openflow-wp-latest. pdf. [4] R. Bifulco, R.

6 SDN 과 SNMP 를이용한 IMS 네트워크관리 References [1] J. Case, A Simple Network Management Protocol (SNMP), IETF RFC 2790, Mar [2] Jung-Ho Kim, Jae-Man Been, Seung-Chan Kang, Jae-Oh Lee, M2M Network Platform Using the MSRP, Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 17, no. 4, pp , DOI: [3] N. McKeown, OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks, pdf. [4] R. Bifulco, R. Canonico, M. Brunner, P. Hasselmeyer, and F. Mir, A practical experience in designing an OpenFlow controller, in Proc. IEEE. DOI: [5] Jae-Hyoung Cho, Jae-Oh Lee, "A management for the deployment of presence service suing a dynamic routing algorithm in the IMS nodes", APNOM DOI: [6] Gonzalo Camarillo, Miguel A. Garcia-Martin, "The 3G IP Multimedia Subsystem(IMS) merging the internet and the cellular worlds", Wiley, [7] Software-defined networking: the new norm for networks, White paper. Open Networking Foundation. April 13, Retrieved, Aug [8] W. Xia, Y.Wen, C. H. Foh, D. Niyato, H. Xie, A survey on softwaredened networking, Commun. Surveys Tuts., vol. 17, no. 1, pp. 2751, Jun DOI: [9] Jae-Man Been, Jae-Oh Lee, The Platform of Virtualized IMS using the NFV/SDN, KNOM Review, vol. 18, no. 1, pp 김정호 (Jung-Ho Kim) [ 정회원 ] 2009년 8월 : 한국기술교육대학교정보통신공학과 ( 공학사 ) 2011년 2월 : 동대학원정보통신공학과 ( 공학석사 ) 2017년 2월 : 한국기술교육대학교전기전자통신공학과정보통신전공 ( 공학박사 ) < 관심분야 > 네트워크제어 / 관리, IMS, 제어플랫폼, M2M, NFV/SDN 이재오 (Jae-Oh Lee) [ 정회원 ] 1993 년 8 월 : 광운대학교전산학과졸업 ( 공학박사 ) 1994 년 3 월 ~ 1995 년 2 월 : 코오롱정보통신연구소과장 1995 년 2 월 ~ 2000 년 12 월 : KT 선임연구원 1999 년 9 월 ~ 2002 년 8 월 : ( 주 ) 웨어플러스연구소장 2002 년 8 월 ~ 현재 : 한국기술교육대학교전기전자통신공학부교수 < 관심분야 > 네트워크제어 / 관리및 IMS, QoS 제어플랫폼, M2M/IoT, NFV/SDN, Machine Learning 양우석 (Woo-Seok Yang) [ 정회원 ] < 관심분야 > 네트워크제어 / 관리, IMS, NFV/SDN 2014년 8월 : 한국기술교육대학교정보통신공학과 ( 공학사 ) 2016년 8월 : 한국기술교육대학교전기전자통신공학과정보통신공학전공 ( 공학석사 ) 2016년 9월 ~ 현재 : 한국기술교육대학교전기전자통신공학과정보통신전공박사과정재학중 699

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°í¼®ÁÖ Ãâ·Â Performance Optimization of SCTP in Wireless Internet Environments The existing works on Stream Control Transmission Protocol (SCTP) was focused on the fixed network environment. However, the number of