가상의 통신사업자 "NMC Telecom"이 있다 하구요, 이 통신사업자는 LTE 가입자에게 다음과 같은 상품(Service Plan)을 제공하고 있습니다.
- 인터넷 사용에 대해서는 대역폭 제어를 하지 않습니다.
- 다만 BitTorrent와 같은 P2P 트래픽에 대해서는 하향(Download) 512Kbps, 상향(Upload) 128Kbps로 속도 제어를 합니다.
이를 위한 LTE QoS 구조가 아래와 같습니다. UE(단말)와 eNB(무선 기지국)가 있구요, SAE-GW는 S-GW와 P-GW 기능을 하나로 합친 일체형 장비입니다.
설명을 시작하기에 앞서
일단 LTE 장비(SAE-GW)에서 P2P 트래픽을 검출하기 위해서는 DPI(Deep Packet Inspection) 기능이 포함되어 있어야 합니다. 이 DPI 기능은 Packet의 payload까지(L7 까지) 들여다 볼 수 있어 이를 통해 SAE-GW를 지나다니는 패킷이 Web인지, Voice인지, Video인지, P2P인지등의 트래픽의 응용을 모두 구분 할 수 있습니다. 참고로 이 DPI 기능만을 제공하는 독립형 장비(Cisco SCE, Sandvine PTS)도 시장에 나와 있습니다.
하향 트래픽 (DL)
- 트래픽이 인터넷(PDN)에서 SAE-GW로 유입이 되면, 일단 SAE-GW 내의 DPI 기능에 의해서 P2P 트래픽인지 아닌지를 구분합니다.
- P2P 트래픽에 대해서는 SDF(Service Data Flow)=1, EPS Bearer ID=5로 매핑이 됩니다. (SAE-GW는 P2P 트래픽을 어떤 SDF와 어떤 EPS Bearer ID로 매핑할지에 대한 정보를, 가입자가 LTE 망에 접속할때 PCRF로 부터 받습니다.)
- SDF=1에 대해서는 MBR(Maximum Bit Rate)=512Kbps로 정의되어 있어, P2P 트래픽들은 512Kbps로 Rate Policing이 됩니다. (512Kbps 이상 P2P 트래픽이 유입되면 discard)
- 한편 DPI 기능에 의해서 P2P가 아닌것으로 판명된 트래픽은 SDF Filter(5-tuple based Packet Classifier)에 의해서 분류 작업을 하는데, 여기서는 그 Filter가 (Source IP, Destination IP, Protocol ID, Source Port, Destination Port) = (*, UE IP, *, *, *)로 되어 있습니다. 여기서 '*'는 any, 즉 wildcard(무슨 값이든 상관없음)의 의미입니다. 따라서 해당 UE의 IP 주소를 목적지로 하는 모든 트래픽은 본 Rule에 match가 되고, 따라서 P2P가 아닌 나머지 인터넷 트래픽은 SDF=2, EPS Bearer ID=5로 매핑이 되어 집니다. (SAE-GW는 본 SDF Filter 정보 역시 가입자가 LTE 망에 접속할때, PCRF로 부터 받습니다.)
- SDF=2에 대해서는 MBR(Maximum Bit Rate)=Unlimited로 정의되어 있어, P2P가 아닌 나머지 인터넷 트래픽은 대역폭 제어(제한)를 받지 않습니다.
- SDF=1과 SDF=2는 모두 APN-AMBR(Non-GBR형 EPS Bearer들에 대해, 동일 APN(여기서는 Internet)으로 부터 수신된 트래픽의 대역폭을 제어하는 QoS 파라미터)=Unlimited에 의해서 대역폭 제어를 받지 않으며, 이 SDF들은 EPS Bearer ID=5에 매핑이 되어 GTP tunnel을 통해 eNB로 전달됩니다. 결과적으로 1~6의 과정을 통해 P2P는 512Kbps로 대역폭을 제어받고, 나머지 인터넷 트래픽은 대역폭 제어를 받지 않고 eNB로 전달이 됩니다.
- EPS Bearer ID=5를 통해 eNB로 전달된 트래픽은 eNB의 UE-AMBR(Non-GBR형 EPS Bearer들에 대해, UE로 향하는 모든 트래픽에 대한 대역폭 제어)=Unlimited에 의해서 대역폭 제어를 받지 않고 무선 구간의 리소스가 되는 선에서 eNB는 최선을 다해 트래픽을 UE로 전달합니다.
상향 트래픽 (UL)
- UE 내의 Application에서 트래픽이 발생하면, UE의 TFT Filter(UE는 SDF를 구분하지 못하고, 어떤 응용을 어떤 EPS Bearer에 실어야 할지만 압니다. SDF 구분은 SAE-GW(P-GW)에서만 !)에 의해서 EPS Bearer ID=5로 매핑이 되어 집니다.(UE는 본 TFT Filter 정보를, 가입자가 LTE 망에 접속할때 LTE 망으로 부터 받습니다.)
- Internet이란 APN으로 나가는 모든 Non-GBR형 EPS Bearer들(여기서는 Default EPS Bearer 하나이고, 이 Bearer는 Non-GBR 타입)의 트래픽은 모두 UE의 APN-AMBR에 의해서 대역폭을 제어 받는데, 여기서는 Unlimited이므로 UE는 P2P든 아니든 송신 가능한 최대 대역폭으로 보냅니다.
- 본 UE 트래픽은 eNB로 전달이 되고, eNB는 UE-AMBR에 의해서 해당 UE가 보낸 모든 Non-GBR형 EPS Bearer들의 트래픽에 대한 상향 대역폭 제어를 합니다. 사실 UE에서 최대 대역폭으로 보내고 eNB는 UE-AMBR로 제어한다는 말은 틀린 표현이구요. eNB에서 UE-AMBR 값에 의거하여 해당 UE에게 송신 가능한 기회(무선구간 time slot)를 주기 때문에 정확한 표현은 "eNB의 UE-AMBR 값에 의해서 UE는 무선 구간으로 트래픽을 전송할 대역폭을 제어 받는다"가 맞습니다. 여기서는 UE-AMBR=Unlimited이므로 대역폭 제한 없이 무선구간 상황에 맞게 최선을 다해 UE가 eNB로 트래픽을 보낼 것입니다.
- eNB로 부터 EPS Bearer ID=5를 통해 트래픽을 수신한 SAE-GW는 동일 APN(여기서는 Internet)으로 나가는 Non-GBR형 EPS Bearer들의 트래픽을 모두 모아 APN-AMBR로 대역폭을 제어합니다. 여기서도 역시 Unlimited로 대역폭 제어를 하지 않습니다.
- 이제 SAE-GW의 DPI가 P2P 트래픽과 아닌 트래픽을 분리시킵니다. (결국 상하향 모두 P2P를 검출하는건 SAE-GW이죠)
- P2P 트래픽은 SDF=1로 정의되어 SDF=1용 MBR=128Kbps에 의해서 대역폭이 128Kbps로 제한이 됩니다.
- 그리고 나머지 Internet 트래픽들은 SDF=2로 정의되어, SDF=2용 MBR=Unlimited에 의해서 대역폭 제어를 받지 않고 인터넷으로 나가게 됩니다.
이와 같은 방법을 통해 하나의 EPS Bearer ID를 통해 지나다니는 트래픽을 P2P와 나머지 Internet으로 구분하고, 이 중에 P2P만 상/하향 대역폭을 제어할 수 있습니다.
