IMS 기반의응용서비스전개에독립적인 IPTV 실행도구설계 (A Design of IPTV Execution Tool based on IMS Application Service Deployment) 김정호 *, 조재형 *, 이재오 * * 한국기술교육대학교전기전자통신공학과 { jungho32, tlsdl2, jolee }@kut.ac.kr 요 약 최근사용자단말기는스마트폰, 태블릿 PC, 컴퓨터와같이다양해지고있다. 이로인해통신사들은각각의단말기기에맞는 IPTV(Internet Protocol Television) 서비스를개발하고있다. 하지만이러한개발은일관성을고려하지않은서비스설계로이어지고, 응용프로그램중복개발및자원낭비의원인이되고있다. 따라서본논문에서는유무선통합제어망인 IMS(IP Multimedia Subsystem) 를기반으로 IPTV 서비스를제공하는환경에서, 위와같은복잡한설계문제와자원의낭비를줄일수있는 IPTV 실행도구설계를제안한다. IPTV 실행도구는사용자단말설계부분과응용서비스를제공하는응용서버 (Application Server) 의응용서비스설계부분으로구분되며, 사용자단말기기의플랫폼의존성을줄여주고응용서버의응용서비스개발을용이하게해준다. Keywords: IPTV, IPTV Service, IMS, AS 1. 서론 CS(Circuit Switched) 망으로시작된이동통신망은기술발전을거듭하면서 PS(Packet Switched) 망을도입하게되었고, 이는사용자에게많은편의성을가져다주었다. 하지만단순한통화이외의기능을요구하는사용자들은여러가지 IP 기반의멀티미디어서비스를요구함에따라이를효율적으로관리하는인프라의필요성이요구되었다. IMS 는이를해결하기위해제안되었고, 기존의 CS 망과 PS 망을아울러지원하여 IP 기반의멀티미디어처리를가능하게한다. IMS 는다양한 IP 기반의서비스들을제공하고, 해당서비스들의개발및변경을기존설계의큰변화없이유연하고능동적으로적용가능케한다. 또한, 일반적인인터넷기술을사용하는서비스뿐만아니라유선과무선네트워크유형에의존하지않는서비스까지도생성하고제어할수있다 [1,2]. 이에반해현재의 IPTV 서비스는통신사에종속적일뿐만아니라단말기기에종속적이다. 따라서 IMS 의응용서버와사용자간의인터페이스를통일시켜주는 IPTV 실행도구를사용함으로써, 응용서비스전개시독립적인서비스제공환경을만들수있다. 응용서비스전개에독립적인 IPTV 실행도구는통합된인터페이스를사용함으로써서비스개발시단말기기에독립적으로개발가능하며서비스유지, 보수가수월해진다. 본논문은 2 장에서는 IMS 와 IPTV 그리고응용서버에대한관련연구들을살펴보고구조를분석한후. 3 장에서는본논문에서제안하는 IPTV 실행도구를설계하는과정과실제시스템의적용을위해살펴야할사항을다루며, 마지막 4 장에서는결론및향후과제를제시한다. 2. 관련연구 이장에서는본연구에서제안하는 IPTV 서비스전개에필요한 IMS 와응용서버의서비스로직및 IPTV 에대해서간략히살펴보고분석한다. 34
2.1 IMS 구조및인터페이스 IMS 는 IP 프로토콜을기반으로음성, 동영상등의멀티미디어를복합적으로지원하는플랫폼이다. IMS 는기본적으로 IP 기반멀티미디어서비스의제어와 QoS(Quality of Service) 제어, 기존인터넷, PSTN, 이동통신망등의기존네트워크와의연결, 로밍등다양한서비스를제공한다 [3]. 그림 1. IMS 구조와인터페이스 위의그림 1 은간략한 IMS 구조와인터페이스를보여준다. IPTV 서비스제공환경에사용되는부분만살펴보자. IMS 는기존의 Legacy 망과의연동을지원하며서비스제어및운용관리기능에집중하여 QoS 와사업자의정책을더욱쉽게반영할수있다. 또한, 호처리를하는 CSCF(Call Session Control Function) 들이존재하여 SIP(Session Initiation Protocol) 와 SDP(Session Description Protocol) 기반의멀티미디어세션제어를하기위한기능을수행한다. CSCF 는기능에따라 P(Proxy)-CSCF, S(Serving)-CSCF, I(Interrogating)-CSCF 로분류된다. P-CSCF 는 UA(User Agent) 가 IMS 에접속할때, 처음으로만나게되는지점으로써 Proxy 또는 User Agent 의역할을한다. 주로수행하는역할은 UA 로부터 SIP 등록요청을 I-CSCF 로전달하고, 이과정에서할당받은 S-CSCF 의주소를저장하여 UA 로부터세션을관리해야하는 SIP 메시지가있을때, 저장된 S- CSCF 의주소로전달한다 [4,5]. S-CSCF 는 IMS 의모든세션의상태관리와 HSS(Home Subscriber Server) 와연동, 가입자 Profile 을참조하여호처리의주요기능을수행한다. 또한, 서비스플랫폼과의연동과서비스관련정보 ( 과금등 ) 를제공한다. S-CSCF 는 UA 의세션을제어하는주요기능을수행하며, HSS 에가입자를등록하고, 가입자정보를내려받아서비스 Profile 을저장관리한다. 대표기능으로는사용자인증, 자원의권한검증및 QoS 관리와사용자세션상태관리및제어서비스수행이다. I-CSCF 는외부망에서내부망가입자에게연결하기위해들어오는모든호에대해접점내부망으로써로밍한외부망가입자와내부망가입자가연결할수있는접점역할을수행한다. 일반적으로방화벽역할을수행하며망내의사항을외부에노출되지않게하는은닉기능을수행한다. 대표적인수행기능으로내부망에서 P-CSCF 에게 S-CSCF 의주소를찾아준다. S-CSCF 의주소를찾는방법은 I-CSCF 가 HSS 에게질의하여해당 P-CSCF 에적절한 S-CSCF 의주소를검색하고이주소를 P-CSCF 에게전달한다. HSS 는 IMS 에서사용자이동성관리를수행하고, 가입자의보안정보를생성한다. 사용자의인증, 메시지무결성검사, 서비스인증절차를지원한다. 또한, 이동가입자의외부망에서로밍의가능여부를검사하고망접근권한검증기능을수행한다. 주로데이터베이스역할을담당하며 S-CSCF 에 User Profile 을전달하고, 이를관리한다. 35
2.2 IPTV 서비스 IPTV 는 TV 를넘어개인의참여를기반으로방송, 통신, 콘텐츠가융합된멀티미디어서비스이다 [6]. IPTV 의구성은인터넷접속과미디어플레이가가능하게하는셋탑박스 (SetTop Box) 와이를연결할수있는모니터로구성되어있다. 그림 2 처럼초고속네트워크가연결된모뎀을중심으로 IPTV, PC, 인터넷전화등이연결되어있다. IPTV 의서비스는셋탑의기능에따라다양하게제공된다. 컴퓨터에서인터넷을통해상품구매, 게임, 음악감상과같은다양한콘텐츠들을 IPTV 의리모컨또는키보드를이용하여사용할수있다. 그림 2. IPTV 홈네트워크구성도 현재 IPTV 대부분은채널서비스와 VOD 서비스를공급하고있지만, IPTV 를통한물건구매나노래방서비스또는메신저와같은양방향서비스를제한적으로공급하고있다. 이외에도영상재생과프로그램가이드등의다룰내용이많지만, 본논문에서는양방향서비스에주목적이있다. 2.3 응용서버 (Application Server) 본논문에서다루는응용서버는 IMS 에서동작하는응용서버를의미한다. IMS 에서응용서버는 SIP 의신호처리서비스를제공하기위한응용서버의역할을한다. 다시말하면서비스로직을가지고본래의신호를특정역할을하는신호로바꾸는역할을한다. 예를들어긴급전화번호를눌러통화하였을때, 해당신호는긴급전화번호를통합처리하는응용서버에전달되고, 응용서버는작성된서비스로직에따라현재통화자와가까운지역의긴급처리센터로신호를연결해준다 [7,8]. 그림 3. 응용서버서비스로직 36
그림 3 의응용서버는본논문에서제안하는 IPTV 실행도구에적합한기능을수행한다. 응용서버의서비스로직이 IPTV 의응용서비스의역할을수행하고 SIP 메시지에따라해당서비스를처리하게된다. IPTV 실행도구는 2 가지의응용서버접근방법을사용하는데, 첫번째로 IMS 를통한 SIP 로접근하는방식이다. 이방식은대게 IMS 의인증과정이필요한경우이용하며 IMS 를사용하는다른 IMS 구성요소에접근할수있다 [9]. 두번째로 HTTP 방식으로응용서버에접근하는방식이다. HTTP 로접근하는이유는 IMS 를거쳐처리하기에는반복적이고간단한부분에대해서 IMS 를거치며생기는오버헤드를줄이기위해사용할수있다 [10]. 위의두가지방법은 IMS 표준에서정의된인터페이스이므로 IPTV 실행도구실행에적합한환경을제공한다. 3. IMS 기반의 IPTV 실행도구 본논문에서 IPTV 실행도구는크게두가지부분으로나누어역할을정의한다. 첫째는클라이언트역할부분으로 IPTV 셋탑이나단말기의역할을정의한다. IPTV 단말이다양해짐에따라 IPTV 서비스를통합적으로관리하기는힘들다. 따라서 IPTV 실행도구는단말기내부에 IPTV 매니저를두고 IPTV 단말기들의인터페이스를통합장치인터페이스로변환시켜줌으로써단말기의플랫폼에관계없이응용서비스를수행가능하다. 둘째는서버역할부분으로 3rd Party 사업자가서비스개발에참여할때새로운응용서비스를유지보수하게되는데, 기존의방법인서버응용프로그램을서버로배포하는방법은큰비용을요구하여사업자에게여러부분으로부담으로다가온다. 여기에 IPTV 실행도구를적용하면응용서버의서버매니저는응용서비스의절차나기능명세를가지고 IPTV 매니저와송수신하며응용서비스를제공할수있다. 기존의서버응용프로그램은 IPTV 응용프로그램과정의된응용서비스로만동작하므로응용서비스의변경시 IPTV 응용프로그램과서버응용프로그램을모두다시작성하여재배포해야한다. 이러한단점을매니저의도입으로서비스로직을절차와기능명세로분리함으로써응용서비스의변경에유연하게대처할수있다. 3.1 통합인터페이스 현재 IPTV 기능을수행하는셋탑이나단말기는특정플랫폼 ( 운영체제등 ) 에종속적이므로응용서비스의변경시프로그램의설치및제거와같이시스템에영향을미치는작업을수행한다는큰단점을가지고있다. 이와대조적으로본논문에서제안하는 IPTV 실행도구는단말기의장치라이브러리 API(Application Programming Interface) 에독립적으로표 1 과같이통합인터페이스를구현하여단말기의운영체제에관계없이해당장치의기능을쉽게사용할수있다. 또한기본적인네트워크기능을수행하는매니저를두어응용서비스의수행절차나통합인터페이스로작성된기능들을조합하여응용서비스를실행할수있게한다. 통합인터페이스는다양한 OS 의 API 들을기능에따라통합인터페이스의 API 로매칭된다. 장치기능통합인터페이스다양한 OS 모듈 API 예 WebCAM 데이터수신 WebCAM 데이터송신 GPS 데이터수신블루투스설정블루투스데이터수신블루투스데이터송신 CamRead( 변수 ) CamWrite( 변수 ) GPSRead( 변수 ) BTSet( 변수 ) BTRead( 변수 ) BTWrite( 변수 ) acamgetdata( 변수 ) bwebcaminput( 변수 ) acamsenddata( 변수 ) bwebcamoutput( 변수 ) agpsgetdata( 변수 ) bgpsrecvdata( 변수 ) abtconfig( 변수 ) bblueset( 변수 ) abtgetdata( 변수 ) bbtrecvdata( 변수 ) abtsenddata( 변수 ) bbttransdata( 변수 ) 37
표 1. 장치통합인터페이스의분석예 표 1 은단말기의장치들을이용할때호출하는라이브러리 API 들을통합인터페이스로재작성한예를보여준다. 기존의인터페이스는단말기의제조회사나플랫폼에따라다른호출방법을제공한다. 하지만표 1 과같이 IPTV 매니저와응용서버매니저사이의인터페이스를통합한다면단말기의제조회사나플랫폼에관계없이서비스사용이가능하다. 이방법은통합인터페이스 API 를두어 IPTV 매니저에전달하게되고, IPTV 매니저는플랫폼에관계없이자신의장치에서사용할수있는기능들을응용서비스서버로부터전달받은절차와기능명세에따라응용프로그램수준의동작을수행하도록한다. 3.2 IPTV 실행도구시나리오 IPTV 매니저와서버매니저는응용서비스를제공하기위해일정한수행흐름을가지고있어야한다. 각각의매니저는절차와기능에대한명세를해석하고그에따른단말기의장치들을조작하여응용서비스의기능을수행해야한다. 그림 4. IPTV 매니저와응용서버매니저간의응용서비스수행시나리오 그림 4 는 IPTV 사용자가응용서버에게응용서비스를요청했을때 IPTV 에서동작하는매니저와응용서버의매니저사이에수행하는시퀀스시나리오이다. 1 IPTV매니저는서비스요청메시지를응용서버매니저에게보낸다. 2 응용서버매니저는해당서비스에대한기능명세서 (Function.XML) 를 IPTV매니저에게보낸다. 3 IPTV매니저는해당단말이실행가능한서비스인지판단한후가능할경우에만응답메시지를보낸다. 4 응답메시지를받은응용서버매니저는서비스제공을위한절차명세서 (Procedure.XML) 를보낸다. 5 IPTV매니저는절차명세서에따라설정한후서비스시작요청메시지를응용서버매니저에게보낸다. 6 IPTV서비스가수행된다. 7 사용자가종료를하면, IPTV 매니저가종료메시지를전송한다. 8 응용서버매니저는종료메시지에대한 OK 메시지를전송한후서비스를종료시킨다. 그림 4 의 2 에서전송된 Function.XML 는그림 5 와같이작성된다. 38
그림 5. Function.XML 의구성 Function.XML 은장치의라이브러리와표준 API 를호환시키는역할을수행하는데각각의장치는 Devices 요소로구분되어여러개의장치를기술할수있으며각각의장치는 id 로구분한다. 하위요소로 Name 요소가있는데장치의이름을구분하며 RequiredLib 요소는해당장치가필요로하는라이브러리파일을기술한다. APIReplace 요소는표준 API 를작성하기위해대체되는기존의장치라이브러리의치환을의미한다. 대체되는표준 API 가여러개라면 APIReplace 도여러개로정의된다. StandardAPI 요소는실제매니저에서사용할표준 API 를의미하고, StdParamType 은표준 API 를수행할때필요한함수인자의타입을의미한다. PrevAPI 는실제장치의라이브러리를의미하는데표준 API 를정의하기이전의라이브러리를의미한다. PrevParamType 는 PrevAPI 의인자의타입을기술한다. 이렇게표준 API 로대체할라이브러리가하나의장치에여러가지존재한다면 APIReplace 요소의형태로여러번등장하게된다. 위의기능 XML 을정리하면각장치의라이브러리파일에서기존시스템의라이브러리를표준 API 로변환하도록재정의하는역할을수행한다. 그림 4 의 4 에서전송된 Procedure.XML 은아래의그림 6 과같다. 39
그림 6. Procedure.XML 의구성 managerinfo 요소는절차 xml 의버전과몇번째에생성된서비스매니저인지구분하는정보를가진다. Thread 요소는실제매니저에서쓰레드를생성하여독립적으로동작하게끔지시하는내용이다. 속성으로는쓰레드를관리하기위해 id 를정의하고있다. 해당쓰레드요소안에는하위요소들이있는데 Procedure 요소는해당쓰레드안에서프로그램의흐름을만드는하나의절차를형성하게된다. 이러한절차들이실제서비스의작은단위를형성한다. Procedure 요소는각절차의실제동작을위한하위요소를가진다. RunType 요소는매니저가어떤동작을할것이지정의한다. 그림 6 에서는 FuncCall 이라는함수호출의동작을수행할것을지시한다. 함수호출을지시하였으면어떤함수를호출할것이지기술하는데 CallAPI 는 Player1 과같은이미해당장치에등록되어있는플레이어함수를호출할것을의미한다. 함수를호출할때, 함수에필요한인자의정의가필요한데 paramname 은 Player1 을호출할때같이전달되는 B_Buf 라는변수를전달하게된다. B_Buf 변수는함수의정의에따라다른종류의데이터타입을가지게되는데 paramtype 는 B_Buf 변수가 Media 타입의바이너리형식임을나타낸다. 이와같이기능 XML 을정리하면각장치의라이브러리파일에서기존시스템의라이브러리를표준 API 로변환하도록재정의하는역할을수행한다. 이렇게재정의된표준 API 를위에서살펴본절차 XML 에서호출하여실제서비스가동작하도록수행된다. 3.3 IPTV 매니저알고리즘 그림 7 은그림 4 의 IPTV 매니저의동작알고리즘이다. 알고리즘의시작은그림 3 의 1 응용서비스를응용서버에요청한상황에서시작한다. 사용자가응용서비스를선택하면단말매니저는응용서버에응용서비스를요청하는메시지를보낸다. 이후 IPTV 매니저는응용서버에서보내준기능명세서 (Function.XML) 를확인하여현재요청한서비스에서필요로하는기능을단말기에서지원하는지알아본다. 만약단말기가기능명세서에서요구하는기능을지원하지않는다면바로서비스가종료되고, 사용가능한기능이면응용서버에서비스사용이가능하다는확인메시지를보낸다. 이후응용서버로부터절차명세서 (Procedure.XML) 를수신한다음응용서비스를수행하기위한자식매니저를 fork() 를통해생성한다. fork() 를통해생성된자식매니저는해당서비스가전개되는동안해당서비스를전담해서처리한다. 생성된단말기의자식매니저는응용서버로부터수신한절차명세서를분석하여서비스로직을형성하고, 이후정의된절차에따라응용서버의자식매니저와차례대로메시지또는데이터를주고받으며서비스를수행하게된다. 40
그림 7. IPTV 매니저동작알고리즘 지금까지살펴본 IPTV 실행도구는클라이언트와서버의측면에서여러가지장점을가진다. 먼저 IPTV 단말인클라이언트입장에서살펴본장점은다양한셋탑플랫폼에맞는응용프로그램을모두제작할필요가없으며, 응용프로그램을설치및제거하는일이없어시스템자체의무결성을유지할수있다. 또한타사의응용서비스를사용하며, 다양한회사의셋탑장치를사용할수있고, 장치의라이브러리를효율적으로관리할수있다. 서버측면에서의장점은다양한응용서비스를기능과절차를분리하여적용하므로다른서비스작성시서비스재사용이쉬우며 3rd Party 사업자의참여환경제공으로서비스제공이풍부해질수있다. 4. 결론및향후과제 본논문에서는 IMS 기반에서 IPTV 와응용서버가더욱효율적인응용서비스를제공하기위해사용자단말기와응용서버의응용서비스개발측면에서적용할수있는 IPTV 수행도구의설계를살펴보았다. IPTV 수행도구는사용자단말기의종류에따른응용프로그램의호환성문제를해결할수있으며, 응용서버측면에서살펴보면개발자가직접적인시스템개발에서벗어나응용서비스로직의효율적인개발환경과관리를지원한다. 특히추후서비스의유지보수에도큰비용과노력이요구되지않으므로더욱좋은품질의응용서비스가개발되어사용자와사업자양쪽모두에게이익을가져다줄것이다. 본논문은설계논문이므로, 앞으로의연구에서는구현을통해생겨나는문제점을해결할것이고, 응용서비스풀구성과서비스실행중추가되는절차와기능에대한처리및사용자단말기의기능이없을때, 이를제외하고서비스를사용가능하게만드는방법에대한연구가필요하다. 41
참고문헌 [1] 3GPP TS 23.228, IP Multimedia Subsystem (IMS) V10.1.0 June, 2010. [2] Gonzalo Camarillo, Miguel A.Garcia-Martin, The 3G IP Multimedia Subsystem (IMS) merging the internet and the cellular worlds, WILEY, 2006. [3] 조재형, 이재오, IMS/SDP 구조및 Presence 서비스구현모델, KNOM, 2008. [4] J. Rosenberg it al., SIP:Session Initiation Protocol, IETF RFC 3261, June 2002. [5] Jain SIP API 1.2 Specification, December, 2006. [6] 최락권, 송치양, IPTV 서비스구현을위한핵심기술연구, 전자공학회지제 35 권 3 호, March, 2008. [7] 노윤호, 이재오, IMS 플랫폼하의 IPTV 서비스전개모델, UCT, 2008. [8] Eugen Mikoczy, Dmitry Sivchenko, Jose I. Moreno, IPTV Services over IMS: Architecture and Standardization, IEEE 2008. [9] ITU-T, IPTV Focus Group Proceedings, 2008. [10] 김현지, 한치문, IMS 의 S-CSCF 을통한웹기반 IPTV 콘텐츠사업자접속구조, 대한전자공학회하계학술대회제 33 권 1 호, 2010. 김정호 2009.8 한국기술교육대학교정보기술공학부학사 2011.2 한국기술교육대학교전기전자공학부석사 2011.2 ~ 현재한국기술교육대학교전기전자통신공학과박사재학중 < 관심분야 > IMS, SIP, NAT, NAT Traversal 조재형 2006.8 한국기술교육대학교정보기술공학부학사 2008.8 한국기술교육대학교전기전자공학석사 2008.8~ 현재한국기술교육대학교전기전자공학부박사재학 < 관심분야 > IMS, QoS 제어플랫폼, 개인화서비스, Cloud computing 이재오 1987 광운대학교전산학학사 1989 광운대학교전산학석사 1993 광운대학교전산학박사 1994~1995 코오롱정보통신연구소과장 1995~2000 한국통신선임연구원 1999~2002 웨어플러스연구소장 2002~ 현재한국기술교육대학교정보기술공학부교수 < 관심분야 > IMS, 시스템및네트워크관리, 객체지향분산처리기술, 네트워크 QoS 제어플랫폼, 개인화서비스 42