mobile data traffic 최적화 · gered optimization” or cto) ran정보와 상관없이 적용할...

1

Mobile Data Traffic 최적화

권병균 부장

[email protected]

Cisco Systems, Mobility Architecture

Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.

Meeting Agenda

Integra Introduction

Optimization


Mobile Traffic을 최적화 하는 이유?

Margin 감소

비용 절감

신규 단말 출시

사용자 수 증가 Idle BW % 감소

Video Downloading속도 감소

Network 자원 효율성 개선

End User Experience 2

Mobile data traffic to grow at a CAGR of 66% until 2017

Network 비용 증가 추세에 대응

1

Mobile Data에 대한 Traffic 비용 증가분에 비해 Margin은 실제적으로 감소 추세

QoE 개선에 대한 방안 필요


Integra - Layer 7 기반 Orchestration

INTEGRA Service Plug-in Framework

INTEGRA Service Orchestration Engine

Header

Enri

chm

ent

Web

보안

Media

최적화

가입자

ID

관리

Web

최적화

Policy 기반

서비스

관리

INTEGRA Smart Routing

WAP RTSP HTTP

Policy 기반

Serv

ice 관리

자원

사용량

측정

In

line

과금

IP Path

Data

분석

운용

관련

Report

ing

Integra

Traffic 기반

Traffic Type 분석

각 Traffic 종류별 서비스 제어

Device 기반

Device 사용도에 따른 영향도

Device 별 services

Client browser

User / Profile 기반

User 동향

신규 사용자/Heavy User

사용자 품질 기반

접속망 Type

Roaming, APN, RAT type

과부하 감지 시 동작 제어

( EPC 혹은 직접 정보 연동 )

Data 기반

Application

Orchestration


• ... • … • … • … • …

5

Rule) 품질 열화를 통한 Optimization 진행 시점? …video bitrate가 실제 가입자별 허용치보다 큰 경우에만

Video Stream @

Different Bit Rates

LD 240p 3G Mobile @ H.264 350 kbps (3 MB/minute)LD 360p 4G

Mobile @ H.264 700 kbps (6 MB/minute)SD 480p H.264 1200 kbps

(Required Speeds 10 MB/minute)HD 720p H.264 2500 kbps (Required

Speeds 20 MB/minute)HD1080pH.264 5000 kbps (Required Speeds

35 MB/minute)

다른 Video Resolution traffic별로 허용 Network Bandwidth가 서로 다름

초기 t=0 인 경우 가입자별로 2500 kbps 지원

25

00

kb

ps

700 kbit/sec

• ...350 kbps • …700 kbps • …1200 kbps • ….(HD) 2500 kbps • ….(HD) 5000 kbps

700 kbit/sec L7 Platform

Video Traffic이 인입되더라도 아래의 품질열화 없이 전달함:

- Bitrate 변환

- 다른 container/codec 으로 변환

조건 : 지원되는 Network Throughput이 원본 video를

buffer/stalling이슈 없이 전달이 가능한 경우


• ... • … • … • … • …

Rule)Optimization? Video QoE 문제 발생시에만

User Streams HD

Video 특정 시점 t=1 에서 flow의 허용 Bandwidth가

1200 kbps 로 변경됨

12

00

kb

ps

2500 kbit/sec HD Video

• ...350 kbps • …700 kbps • …1200 kbps • ….(HD) 2500 kbps • ….(HD) 5000 kbps

1200 Kbps L7 Platform

오직 flow별 bandwidth가 해당 video bitrate를

지원하지 못하는 경우에만 video optimization을

진행함

DynaMO 최신 버전의 경우 주요 Video Container ( FLV, 3Gp, MP4)를 모두

지원


최적화 적용 절차 Phase 1

혼잡 제어 요청 event에 의한 flow 기반 최적화 기능 ( “Congestion Triggered Optimization” or CTO)

RAN정보와 상관없이 적용할 수 있는 가장 빠른 적용 방식 WCDMA/WiBro/LTE.

사용자 QoE를 향상시키는 다양한 기술을 통한 즉각적인 효과 예상

혼잡 인지를 Application 레벨로 할 수 있도록 알고리즘을 제공하여 QoE를 flow level로 관리할 수 있도록 함

Heuristic flow 기반 분석을 통하여 Video Traffic에 대해 Flow 별로 최적화를

진행하여 QoE를 향상시킬 수 있도록 함


최적화 적용 절차 phase 2 – RAN

1. RAN 접속 장비를 통하여 혼잡 Cell 정보를 확인

2. PCRF에 Cell에 포함되어 있는 가입자 정보를 전달

3. PCRF에서 각각의 IMSI에 대한 혼잡 제어 절차 진행 : examples

- Media 최적화 진행

- Traffic Offloading

4. ANDSF 등을 통해 추가 제어 가능

Integra

Fast Path Logic

Vid

eo

Opt

imiz

atio

nGx+ContentCacheW

eb

Opt

imiz

atio

n

Offl

ine

Vid

eo

Opt

imiz

atio

n

Internet

Gx

Quantum SON

LTE

12ABC

3DEF

4GHI

5JKL

6MNO

7

PQRS

8TUV

9

WXYZ

*0#

Signal Strength

RAN

Quantum

Service Bus

Rx

REST

RAN EMS/OSS Probes

API

GW

ASP

3G

Quantum

PS (PCRF)

ASR5000

(GW)

ANDSF Client

2G

Wi-Fi

AN

DS

F

SPR1

3

2


최적화적용 절차 Phase 3 – NfV 적용 (F3)

현재 다양한 Box 형태의 장비들이 Mobile Packet Core에 설치되어 있음

NfV를 통하여 장비들이 제공하는 기능들을

‒ Computing blades로 migration

‒ Data Center 기반으로 Box 경계 제거

NfV를 통해 추가 서비스 Flexibility 제공

‒ SDN 기반의 flexible 한 서비스 연동

‒ 가상화된 Computing 자원 활용으로 flexible 한 자원 제어

GGSN/PGW

VRF Internet VRFPhysical Compute, Network Storage

Virtualized Compute, Network Storage

MME/SGSN

PCRF

QSB

VO

WO

Classification

SDNControl

NATFW

IDS/IDP

SON

...LTE

12ABC

3DEF

4GHI

5JKL

6MNO

7

PQRS

8TUV

9

WXYZ

*0#

Signal Strength

RAN

3G

2G

Wi-Fi

Virtualization

Clude 기반 가상화 서비스 제공

QuantumService Bus

QuantumPolicy Server

PDN

REST

PDN-GW/GGSN

Rx

Sd/Gx+Gx

REST

SPR/UDR

NEAF

Gx

API-GW REST/XMPP

Quantum vGi-LAN

WOVO

NATDPI

URLFiltering

Policy

VPNFW

MediaNet Services

Quantum SON

RATM CDE

WiFi3G

LTESmall Cell

12ABC

3DEF

4GHI

5JKL

6MNO

7

PQRS

8TUV

9

WXYZ

*0#

Signal Strength

MSI

RAN

MSI

QuantumAnalytics

AnalyticsDashboard

Data

AnalyticsEngine


Service Orchestration에 대한 확장성

Service Conditions Subscriber ID, Device, Type of content,

Requested service, Roaming status, Bearer, Cell ID, Time/day, HTTP header,

etc.

Service Switches Regex

Wildcard

ACL

Etc.

Service Controls Low/Med/Hi compression

Feature enabled/disabled, Specific attribute definition

Etc.

가입자 기반 외의 추가 내부 정책 (1) Global level

(2) Session level (IP)

(3) Connection level

(4) L7 Transaction level

모든 Rule은 Session 종료시까지 Cache되어 관리됨

정책 기반 Service Orchestration

PCRF 연동을 통한 Policy-제어 방식의 optimization

Plan Management Engine

조건 설정 Rule 설정 Action 설정

Integra

Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 11 Copyright 2014 Openwave Mobility

CISCO 최적화 술루션 Dynamic Mobile Optimization(DynaMO)

TCO

Savings

Quality


•실제 Video와 광고 Video 구분 기능

•OTT Video 에 대한 100% 인지 Video Content 인지

•시청하지 않는 불필요한 contents 부분을 최소화하여 실제 Internet Traffic 절감

•Contents 전달 시 환경에 의해 다른 Bit Rate로 전달되는 경우를 방지 Just In Time/Pacing

•Network의 Throughput 향상 및 RAN 영역의 비용 절감을 QoE를 유지한 상황에서 제공

•일반적으로 사용하는 Video Container에서 적용됨– MP4 포함 Online 최적화

•사업자 설정 기반으로 최적화/원본 contents 정보를 상황에 따라 적용 Offline Transcoding

•Network Condition이 실시간으로 변하는 상황에서도 QoE 변화가 적도록 실시간 적용. 실시간 Bitrate Shaping(DBS)

•QoE가 좋지 않은 User에 대해서만 적용

•Flow기반으로 하여 HW절감 혼잡 기반 최적화 (CTO)

•Network B/W 제한

•사업자에 Network 사용 제한 설정 기능 제공으로 Network 최적화. Adaptive Streaming

•복잡한 Video Streaming 환경에서의 Adaptive 최적화

•QoE를 최대한 유지할 수 있는 환경 제공. Content 인지 기반 압축(CAC)

•PCRF Policy 기반 최적화 Policy 기반 최적화

Layer 7 부가 서비스 – 기능 상세


•TCP flow에 대한 최적화 기능 TCP 최적화

• Image에 대한 크기,종류, 단말 종류 등에 의한 최적화 Image 최적화

•File의 크기, 종류, 단말 종류 등에 의한 최적화 GZIP/Byte Encoding

•중간 Streaming중 최적화 적용 기능 L7 Traffic Steering

•Content에 대한 수정,추출 등 가공 기능 Promotions & Price Plans

•개인화 기능 가입자 별 서비스 제공 기능

•가입자 요금제에 따른 Filter 기능

•실시간 Content 분류 기능 Content 관리

•단말 종류, Content 종류, 가입자 요금제, 시간, Policy 등 다양한 정책에 기반한 제어 Access 제어

•HTTP header 제어 기능 Header Manipulation

Layer 7 부가 서비스 – 기능 상세


실시간 Download 최적화 Input Video File Output Video File

Container Video Codec Audio Codec Container Video Codec Audio Codec

FLV H.264 AAC FLV H.264 AAC

FLV H.264 MP3 FLV H.264 MP3

FLV H.264 NELLYMOSER FLV H.264 MP3

FLV H.264 Speex FLV H.264 MP3

FLV H.264 PCM FLV H.264 MP3

FLV H.263 AAC FLV H.263 AAC

FLV H.263 MP3 FLV H.263 MP3

FLV H.263 NELLYMOSER FLV H.263 MP3

FLV H.263 Speex FLV H.263 MP3

FLV H.263 PCM FLV H.263 MP3

FLV VP6 AAC FLV H.264/H.263 AAC

FLV VP6 MP3 FLV H.264/H.263 MP3

FLV VP6 NELLYMOSER FLV H.264/H.263 MP3

FLV VP6 Speex FLV H.264/H.263 MP3

MP4 H.264 AAC MP4 H.264 AAC

MP4 MPEG-4 AAC MP4 H.264 AAC

MP4 H.263 AAC MP4 H.263 AAC

MP4 H.264 AAC FLV H.264 AAC

MP4 MPEG-4 AAC FLV H.264 AAC

MP4 H.263 AAC FLV H.263 AAC

3GPP H.264 AAC MP4 H.264 AAC

3GPP H.264 AMR MP4 H.264 AMR

3GPP MPEG-4 AAC MP4 H.264 AAC

3GPP MPEG-4 AMR MP4 H.264 AMR

WebM (Matroska) VP8 OGG Vorbis WebM (Matroska) VP8 OGG Vorbis

특허 기반 기술

Real-Time MP4 to MP4 실시간 단말별 최적화

실시간 MP4 변환

(*)MP4 현재 MP4가 iOS/Android 등 Mobile

단말에서 주 Video Format으로 사용됨

MP4 re-encoding을 실시간으로 제공 하는 것에

대한 기술적 이슈사항으로 다른 format으로

현재까지 제공되고 있었음

HTTP 기반 Streaming 지원

MP4/3GP등 다양한 최적화를 동시에 제공

(*) Source: Sorenson Media – April 2012 (http://download.sorensonmedia.com/presskit/codec-infographic.pdf)

Optimization

MULTI INPUT MULTI OUTPUT


Adaptive Streaming/ABR 최적화

• AS : bit rate 설정 부분을 수정

• Policy 기반 제어

• Stream 시작 시에 제어

Manifest File 최적화

Policy기반 Video 전달 제어

사용가능한 bitrate range 조정

HTTP-AS 지원 Adaptive Streaming기능을 제어하여

Network 효율성을 향상시킴

• 정책 기반으로 사용 가능 B/W를 Throttle함

• 기 manifest 파일 전송 완료 후에

• DRM content 지원

응답 제어

HTTP Adaptive Streaming (HTTP-AS, or ABR) technologies are

“greedy” protocols. i.e. they will consume the video at the

highest bit rate the client can sustain

Apple HLS Microsoft HSS Adobe HDS MPEG-DASH

(YouTube)

Lumberjack

(Dailymotion)

Optimization


Offline Video 최적화

Multi-Level Cache 공용 cache에 원본 및 최대한 다양하게 최적화된 Contents 를 저장

Inline Caching 실시간으로 전달 중인 Video의 Popular여부를 확인하여 Cache를 실시간으로 적용

Content identification using video fingerprint analysis 처음 8KB를 확인하여 실제 Play가 많이 되고 있는지 여부를 계산하여 cache 적용 여부를

결정함

URL 기반이 아니므로 실제 contents에 대해 최적화 진행

TCO Video encoding작업에 드는 비용을 줄이기 위해 Caching을 제공하여 반복적인 작업을

배재

Savings Cache사용시의 Internet Traffic 절감

Video Quality Off-line으로 contents 변경 시 Real

Time의 제약사항을 모두 해결할 수 있음

Content 분석 Hit 여부 확인 Cache 여부 확인

최적화 schedule

Shared

Cache Cache inline

Optimization


대부분의 사용자들이 실제 Video Contents의 일부만 확인함. 따라서 모든 Contents를 Download 할 필요가 없음

Just-in-Time 기술은 Video Playback Time에 근접하게 contents를 Delivery하여 Download할 Bytes를 줄여줌

Just-in-Time (JIT) Video 전달

By applying Just-In-Time, the solution delivers just enough

content to allow the player to continue, and prevents excessive

buffering

In the original version, the player starts downloading as much

data as the connection allows to. In the case of video not being

entirely played, this means wasted data consumed

Original Optimized

Optimization


단말별로 다른 Resolution에 맞추어 실제 전달하는 bit rate를 re-encoding함

단말별 필요 ratio를 관리하여 단말에 맞추어 설정

다양한 Resolution 변경 방식 제공 Static Resolution 적용 Static Size 변경 Ratio (%) 적용 DM을 통한 Device 별 적용 가능 Reduction Ratio + Resolution Ratio 적용

Dynamic Resolution 변경 N/W B/W 최적화

Device Manager

Apple iPhone 4S

Native Resolution

960 x 640

Re-encoding

960 x 540

Optimization


Flow 기반 혼잡 상황에서의 Video 최적화

Proprietary 솔루션

혼잡 상황에서의 최적화

Target Goal : QoE 최대화 + H/W 투자 최소화

Video Transcoding, 압축을 필요시에 따라

사용자의 usage 내용과 Flow 기반으로 선택적으로

수행이 가능하도록 함

FLV, MP4, 3GP 지원

Original Video

H/W 사용을 획기적으로 줄여줌

다른 추가의 정보 수집 없이 stand-alone으로

서비스제공

혼잡이 실시간으로 발생시 이를 바로 제어할 수 있음

Video Traffic에 대한 최적화를 최소화함

Video content from Origin Server playing at 500 Kbps

NO CONGESTION

Available network

bandwidth = 2000 Kbps

Cell 1

Video playback

rate = 500 kbps

Cell 2

Available network

bandwidth = 2000 Kbps

Video playback

rate = 500 kbps

CONGESTION

Video

Playback

Rate = 333

kbps

Optimization


Audio 최적화

실시간 음성 Re-Encoding

설정 및 Input 음성 특성에 맞추어 Output bitrate 조정

AAC

MP4/AAC

MP3

MP3 with ID tags

Optimization


Web Optimization Optimization


Standard TCP의 이슈

0

2

4

6

8

10

12

14

0.1 0.5 1 2 3 4 5 7 10

Throughput

Mbps

Packet Loss Ratio(%)

20

100

200

400

Latency(ms)

Standard TCP는 Network Latency와 Packet Loss가

증가할 수록 그 성능이 저하됨. LTE-A에서 이슈?


Integra Platform 기반의 TCP 최적화 솔루션을 통해 개선가능한 항목

1. Network 거리와 Packet loss에 의한 지연

2. Internet에서 Standard TCP의 비효율성

3. 마지막 TCP flow 수신을 관리하는 요구사항 대응 1. Internet 연동 속도에 이슈가 있어 발생하는 문제점들:

1. Web page 로딩 시 속도 저하

2. 장거리 P2P 연동

3. 좋지 않은 Video 품질 환경


학습 기반 TCP 기술 기존 기술은 Packet Loss 이슈를 단순화함.

– 가정 : 모든 Packet Loss는 Network Congestion에 의해 발생

Packet loss는 Mobile 망에서 일반적으로 발생하는 현상임 – 특히 Network Channel 수신 signaling이 약한 경우

학습 기반의 알고리즘은 다양한 TCP parameter들을 계속적으로 변경하여 Congestion을 예상하고 Flow를 최적화 함 :

– Round Trip Time (RTT) – Ack Intervals (variance) – Re-ordering of packets

해당 기술은 아래의 널리 사용되는 TCP 최적화 기술 위에

서 동작 - 열화 기반 TCP Congestion Control - 지연 기반 TCP Congestion Control


TCP 최적화 TCP Congestion Control Algorithms 제어방식 예제 Congestion 확인 Performance in Mobile Data Networks

열화 기반

Cubic

Reno

WestwoodEtc

.

Packet Loss를 기준으로

Congestion 확인

Cell Edge에 위치하는 Mobile 단말의 약한 신호 세기에

의한 packet loss를 제어하는 경우 Throughput 저하가

발생함

지연 기반 RTT기반 congestion 확인

Mobile 망에서는 열화기반보다 우수함.

Mobile 망 특성 상 Latency가 일정하지 않으며 Data

Path의 Queue 변경만으로 서로 다른 application에

적용되는 지연을 해결할 수 없음

학습 기반 TCP flow를 확인하여 실시간 분석을 통해 Congestion 확인

학습 기반 State-Machine은 실시간으로 Traffic 통계

정보를 기반으로 Congestion 시나리오를 확인하고

분류할수 있도록 함

정확하게 Report할 수 있으며 빠르게 네트워크 시나리오를

변경

Mobile

Data

네트워크에서

효율성

TCP 최적화 Engine은 TCP packet flow 를 모두 실시간으로 RTT, ACK interval, disorder,

duplication 등을 모니터링하여 최적화 진행


무선망에서의 TCP 최적화 효과

단말에 전달되는 BYTES의 손실 없이( Revenue 손실 없이) 최적화 진행

• 3G/LTE 망에서 Client의 변경 없이 Throughput을 최대 30%~50%까지 향상

• Latency 변경이 심하거나 Packet Loss가 심한 환경에서 Dynamic하게 TCP/IP를 최적화하여 Throughput을 최대화.

• RTT 정보를 지속적으로 확인하여 TCP packet수신 시 congestion인 경우 rate를 실시간으로 조정.

• Download 시간을 줄여 3G/4G에서 최대의 효과를 보장

• Throughput 개선, TCP re-Transmission 감소 – Radio Resource 최적화!


TCP 최적화 결과 ( LTE 환경 )

Date Time of Day Accelerated Unaccelerated Gain Type RSSI ec/lo SNR Latitude Longitude Min Average max STDDEV

Location 1 January 2, 2013 2:05PM 107 86.931 1.2309 3G -76 -80 5 34.087215 -118.373196 - - - -

Location 2 January 2, 2013 4:31PM 240 88.7 2.7057 LTE -75 -25 8 34.071729 -118.376417 138.344 152.264 173.533 10.65


Location 4 January 2, 2013 4:50PM 659 355 1.8563 LTE -77 -25 8 34.081312 -118.371268 122.376 140.631 149.656 9.676






PingLocationDownload 1MB Object (kbps) RF StatsTime

시험 결과 동일 환경에서 1.2~3.9배 정도의 Throughput 증가 효과


Reporting 기능

Traffic Profile정보 기반의 Dashboard제공

audio /video formats, bitrate, resolution 등의 기준으로 세분화 가능

Feature별 효과 등을 세부적으로 제공

Optimization


주요 차별화 Point– 1 (2) Function 차별화 요소

Policy 기반 최적화

• 각 요소별 적용 가능한 Service Orchestration

• 가입자, 단말, contents 종류, URL, roaming, APN, Cell ID, 시간대, 가입자

profile등 다양한 조건들을 기반으로 기능을 설정할 수 있음

• PCRF 기반 service 수행

Offline 최적화 및 Cache

• 공용 video cache; content 분석을 통한 분류에 의해 cache적용

• 실시간 download request 정보를 활용하여 cache

• Memory 기반 분산 cache

실시간 최적화 • Content 기반 encoding 기술 : 다양한 H263/H264 프로파일 사용

• MP4 format을 유지하면서 최적화 가능

HTTP-AS, ABR 최적화 • HLS, HSS, HDS, MPEG-DASH (YouTube), Dailymotion ABR

Optimization


Function 차별화 요소

Content 인지 • 첫번 째 8 bytes확인 작업을 통한 인지

• HTTP content header에 의하지 않음

호잡상황 기반 최적화 • Transcoding/transrating 작업을 혼잡 상황이 된 flow에 대해서만 적용함

다양한 BW 변경 • Output bitrate is adapted to available user throughput

TCP 최적화 • 학습 기반 : TCP conversation을 실시간으로 검사하여 RTT/ACK Time interval,

packet 전달 순서 mismatch, ACK 중복, SACK등등의 정보 기반으로 최적화

성능 및 용량 확장 • Traffic 제어, steering, LB 등이 같이 탑재됨

• L7 기능을 enable한 경우에도 높은 성능 제공

Reports • traffic profile, 최적화, platform, 운용 리포트 제공

시스템 운용 관리 • 모든 최적화 기능에 대한 GUI 기반 통합 운용 관리

주요 차별화 Point– 2 (2) Optimization

32

와이파이 네트워크 연동을 위한 SaMOG 및 ANDSF 소개

김현도 차장

[email protected]

Cisco Systems, Mobility Architecture

33

Agenda Non-3GPP Access Interworking 표준화

SaMOG (S2a Mobility Over GTP) 표준화

Cisco SaMOG (S2a Mobility Over GTP) Solutions 소개

Cisco ANDSF (Access Network Discovery and Selection F

unction)

Non-3GPP Access Network Interworking 표준화


Non-3GPP 연동 모델 진화

AP

WAG

PDG

GGSN

3G Access

SGSN

AP

WAG

ePDG

PGW

LTE

Access

SGW HSGW

eHRPD

CDMA

Access

Release 6 Release 8

AAA

HLR


UMTS

SP Wi-Fi

SGSN

AAA

Operator IP

Service Domain

UTRAN Iub

Gn

Wx

Gx Gy

WLAN

GGSN

PCRF OCS

Gi

HLR

PMIPv6

PGW

Subscriber-aware Data Plane anchoring for all

Access Networks

• Common anchor point for all IP Access Networks

(3GPP and non-3GPP)

• Assigns/owns IP-address for UE (v4/v6)

• Processes all IP packets to/from UE

• Can be in home and/or visited network

S2


운용자는 이미 운용중인 기존의 Policy and Charging 활용하여 시

스템의 개선 원함(Gx/Gy/Gz)

운용자는 이미 EPC 시스템을 운용하고 있거나 PGW의 용량에 대

한 설계를 충분히 반영 되어 있다

운용자는 ISG(Inter-System Gateway) 기반의 가입자 관리를 피하

고 싶어 한다.

PGW 를 통한 연동의 장점


Clientless – PMIPv6

– PGW 연동을 위한 단말의 요구사항이 없음

– Wi-Fi에 신뢰성있는 인증 기능이 필요함 – 802.1x 인증과 WiFi 암호화 기능이 필요

– Wi-Fi session을 관리하는 LMA과 같은 새로운 기능의 장비가 필요함

– LMA는 LI, 과금, PCRF, OCS와 같은 기능이 제공 되어야 함

– PMIPv6 제공을 위한 MAG 기능이 Wi-Fi에 필요함

– AAA는 추가적인 파라메터를 처리 할 수 있어야 함 (MAC, IMSI, MSISDN)

PGW 요구사항

SaMOG(S2a Mobility Over GTP) 표준화


SGi

PCRF

Gx

HSS

S2b

SWn

Operator's IP Services

(e.g. IMS, PSS etc.)

SWm

SWx

Untrusted Non-3GPP IP

Access SWa

HPLMN

Non-3GPP Networks

S6b

Rx

PDN Gateway

ePDG 3GPP AAA Server

Gxb

S2a

Gxa

Trusted Non-3GPP IP

Access STa

Gxc

S5

S6a

3GPP Access

Serving Gateway

UE

SWu

Trusted non-3GPP는 자망의 운용자가 신뢰할

수 있는 접속망을 말한다.

o 이전의 WLAN security는 사용의 용이성과

보안강화 면에서 매우 부족하였다.

o 그러나 현재의 WiFi 기술은 3G/LTE 보안

기능과 유사하게 보안이 강화되고 사용에

대한 용이성도 향상 되었다. - 802.1x,

802.11u, 802.11i and Hotspot 2.0,

SaMOG(S2a Mobility Over GTP)

이러한 보안 기능은 WiFi를

3GPP측면에서

Trusted network으로 간주 할 수 있다.

S2a interworking

S2a는 이미 PMIPv6 뿐 아니라 GTP

프로토콜도 사용 가능 하도록 규격화

되었다.


Secure Transport, S1 Aggregation

모바일 네트워크 구조의 장점

Un-trusted

WiFi

PGW/

GGSN

ePDG MME

S2a

Radius

IP/GRE S1-U

S1-MME

SGW TWAG

TWAP

S2b S5

S1-U

S1-MME

Radio Access

Radio

Access

(RAN)

Aggregation/

Core

SaMOG

GW

HSS/

AAA

STa S6a

Radius

IP/GRE

Radius

IP/GRE

확장성, 성능과 캐리어급의 신뢰성 측면에

모바일 네트워크 향상이 가능함


• SaMOG는 신뢰성있는 WLAN을 통하여 WiFi access를

사용하는 단말들에게 EPC 서비스를 제공한다.

• 신뢰성 있는 WLAN access는 다음과 같은 조건을 갖는다:

• WLAN을 통하여 UE와 EPC 간의 상호 인증을 한다.

• WLAN 무선 링크는 무결성 확인을 위한 암호화 기능을

제공

• SaMOG GW는 다음과 같은 두가지 기능으로 구성된다 :

• TWAP (Trusted WLAN AAA Proxy)

• TWAG ( Trusted WLAN Access Gateway)


Internet

Trusted WiFi

PGW

TWAP

S2a

GTP

PMIP6

Cw Uw

Cw: AAA Radius

Uw: Tunnel, native IP

TWAG

AAA/HSS

STa

(Diameter)

WiFi Access

TWAG: Trusted WLAN Access Gateway

TWAP: Trusted WLAN AAA Proxy


Trusted WLAN AAA Proxy(TWAP) 기능

3GPP AAA 서버와 WLAN Access 망 사이에 AAA 정보를 전달함

AAA 프로토콜 메시지의 IMSI와 MAC 값을 이용하여 둘 간의 binding을 설정

함

AAA 프로토콜의 EAP-Success 메시지를 통하여 UE의 L2 attach를 확인함

AAA 프로토콜의 Accounting-Request STOP 메시지를 통하여 UE의 L2 detach

를 확인함

Trusted WLAN Access Gateway로 UE의 attach와 detach 이벤트를 알려줌


Trusted WLAN Access Gateway(TWAG) 기능

For IPv4:

– Default IPv4 router

– PGW로부터 UE가 사용할 IP address를 수신하여 할당함 (Direct or indirect)

For IPv6:

– Default IPv6 Router

– PGW로부터 UE가 사용할 IPv6 prefix를 전달함 ( Direct or indirect)

WLAN Access side connectivity

S2a connectivity towards PGW

Support for LBO in case of NSWO


Data traffic의 폭증과 주파수의 부족현상은 운용자들에게 다양한 network구성이 필요하게 하는 요인임.

다양한 access 망의 필요성은 이동통신 운용자가 traffic을 macro에서 보다 가격이 저렴한 WiFi와

femto/picocell로 이동을 고려하도록 함.

ANDSF는 다양한 네트워크에 대한 효율적인 사용을 가능하게 함.

Stadium/

Hotspot

Femto Cell

3G/4G

Macro Site

IP

Backhaul

TTG /ePDG

SGW/PGW SP

Services Internet

Mobile Packet Core

AAA

ANDSF

OCS

PCRF

HLR

HSS

S14

ANDSF 개요 Access Network Discovery and Selection Function


ANDSF 연동 구조

ANDSF

PCRF AAA

HSS SPR

PCRF는 QoS와

과금방식의 결정을

SPR과 과금 정책에

기반으로 적용한다.

AAA는 IMSI기반으로 환경

파라메터들을 PGW로

전달한다.

PGW는 설정, 과금 방식,

QoS를 AAA와 PCRF로부터

수신하지만 WiFi policy에 대한

정보는 수신하지 않는다.

Gx AAA

Sh

WiFi

policy

DB

Pull mode

operation

Push mode

operation Routing policy를 단말에

제공하고 네트워크에

의하여 업데이트가 될 수

있다.

CISCO SaMOG(S2a Mobility Over GTP) 솔루션


CISCO Packet Core 플랫폼 One Network, Any G, Any Screen

WiFi/ Femto

2.5G/ 3G

4G/LTE

ASR 5000

신뢰성

높은 적용성

강력한 성능

유연성 World’s #1 UMTS

and CDMA

Operators

하나의 플랫폼으로 모든 control과 bearer 기반 기능을 제공할 수 있다.


Seamless, Flexible Packet Core Integration - Collapsing Functions into single ASR5K

SGSN/

MME

PGW

GGSN

SGW/PGW

GGSN

S4/S11

Localization for end points

served by the same GGSN/PGW,

including VoIP, data

Walled garden services from a

centralized, e.g., Mobile TV,

Gaming, VoD

Local breakout for internet

services lower network

backhaul costs

Optimizes external interaction, minimizes

inter-node inter-technology signaling,

lowers latency 2.5G

4G

3G Operator’s IP

Service Domain

SIP/VoIP

Internet


ASR5k를 통한 WiFi 연동 서비스 - Cisco SP Wi-Fi Architecture Components

AP/R

G

MAG

PMIPv6

WC/

MAG

WC

AP

AP

AP

AP

L3

WC

UE

MA

G

GT

P

L3 S

ub

scrib

er

Po

licy

En

forc

em

en

t

LM

A

L2

IPS

e

c

.1

Q

PMIPv6

IPSec Internet

LM

A

GT

P

Subscriber

Po

licy

En

forc

em

en

t L3

PMIPv6

L3

GTP


EPC와 SP Wi-Fi 연동 솔루션 All Client-less and Client-based configurations supported

Devices IP Core

Mobile Packet Core

Trusted Wi-Fi

4G Cellular

Converged,

Policy, Charging and

Billing Systems

S5 Per User GTP Tunnel

S2b (PMIPv6 / GTPv2) Secure Client

based iWLAN

Clientless

MAG (PMIPv6)

Untrusted Wi-Fi

Per User IPSec Tunnel

ePDG

S-GW

MAG

P-GW

S2a Per User PMIPv6 Tunnel

Clientless

3GPP

WLAN AAA 3GPP

AAA

S2c – Per User DSMIPv6 Client

S2c – DSMIP6

S2c – Per User DSMIPv6 Client

S2c – DSMIP6


Control/Signaling Client Data Path

Internet

S2a Mobility over GTP (SaMOG) Gateway

QPS (PCRF)

Mobile

PGW

Gx

Gy

PMIPv6/S2a

(IPv4 transport)

RF

• MAG-PMIPv6 on WLC 8500

WLC

SaMOG GW

ASR5K

S2a

(GTPv2)

STa

SWx

• Trusted Wi-Fi (non-3GPP)

integration into Packet Core

• PMIPv6 tunnel for access

• 3GPP TWAG & TWAP functions

TWAG: Trusted WLAN Access Gateway

TWAP: Trusted WLAN AAA Proxy

WLC: Wireless LAN Controller

S6b


ASR5k(SaMOG)를 통한 WiFi 연동 서비스 - Cisco SP Wi-Fi Architecture Components

AP/

MAG PMIPv6

WLC/

MAG

WLC/

MAG AP

AP

AP

L3

WLC

UE

MA

G

GT

P

L3 S

ub

scrib

er

Po

licy

En

forc

em

en

t

LM

A

TW

A

P

IPS

e

c

PMIPv6

PMIPv6

IPSec Internet

LM

A

GT

P

Subscriber

Po

licy

En

forc

em

en

t L3

PMIPv6

L3

GTPv2

AP

3GPP

AAA HSS

STa

Diameter

SWx Diameter


AP-1

WLC-1

AP-N

AP-1’

AP-N’

L2/L3 Infra

MAG-1

WLC-N

MAG-N

AuC

HSS

3GPP

AAA

Server

(CPAR)

S2a (GTPv2)

STa

PMIPv6

PMIPv6

RADIUS

DH

CP

SWx

S6b

ASR 5K

MRME

CGW

LM

A

PDN

Gateway

External

IPv4 Networks

ASR5K SaMOG 연동 WiFi 통합 솔루션

RADIUS

OCS

CDF

CGF

Gy

(Online)

Rf

(Offline)

Gz

(O

fflin

e)

Gz

(O

fflin

e)

QPS /or SIM

UE data

traffic

tunneled

over GTP

CAPWAP

CNTRL. &

Data plane

tunnels

PMIPv6 used

to establish

Dynamic L3-

GRE tunnels

EAP messages

over RADIUS

from WLC to

TWAP

EAP

messages

over

DIAMETER

UE

Authorization

Profile

download

AKA,AKA’

Credentials

Update the

P-GW

address for

the UE

session


Multi-Radio Management Entity (MRME)

접속제어 및 세션 관리를 위한 신규 StarOS 서비스 제공

Basic Functions

• Trusted WLAN AAA Proxy (TWAP)

• RADIUS연동을 통한 EAP-AKA(’) 지원 (support EAP-SIM as well)

• 3GPP AAA와 연동을 위한 Diameter STa 인터페이스 제공

• UE 세션 관리 (Attach, Detach, Mobility)

Enhanced functions

• GW 선택 기능 ( 3G, 4G users)

• session continuity (Anchor PGW selection)

• access admission control

• Closed Subscriber Group support


Converged Access Gateway (CGW)

Trusted WLAN Access Gateway를 위한 신규 StarOS 서비스를 제공함

3GPP TWAG

Ingress (WiFi AP 연동) • IP-in-IP-GRE termination

• Un-tunneled operation

Egress (Mobile Gateway 연동) • GTPv2-C, GTP-U

• MRME서비스를 통한 세션 관리 기능

Offload based on EPC, TWAN policy

CISCO ANDSF (Access Network Discovery and Selection Function)


Cisco ANDSF 소개

Network 상황에 따른 Policy updates – Cisco ANDSF server는 Packet Core nodes (PGW, GGSN, SPR, PCRF, HSS)과의

인터페이스를 제공한다. – 수시로 변경되는 Network 상황을 기반으로 PUSH policies 기능을 제공한다. – 효율적인 PUSH mechanism을 제공한다.

Optimized and bi-directional S14 interface – S14 인터페이로 효율적인 연동제공 (GSMA 권고를 기반으로한 SOAP XML 지원) – Device – server 인증 지원(optional) – Internet을 통한 ANDSF server 접속 – 단말로부터 통계 수집을 위한 양방향 S14 interface 지원

Intelligent Client – Intelligent client(선택된 policy에 access망의 QoS factor가 반영 될 수 있음)

3GPP에서 정의한 기능 이외의 확장 기능 제공


Initial Usecases

Policy based on location (exact or Geo-fence) Policy update on Location change (client initiated) Policy based on WLAN access rules (defined by SP WLAN allowed/disallowed) Policy based on user preferences Policy based on time of day Policy based on device type Policy based on billing status (prepaid, postpaid) Policy based on hotspot type (operator own, roaming) policy based on SPR service profile policy based on server configured profile (group) policy based on link QoS

– client preferences regarding bad link QoS

Server policy push – Move users to alternative access on RAN congestion (POC) – inter-access load balancing (POC)

Device reports


맺음말

Mobile Data의 사용량 증가에 따른 DATA Offload solution의 관심이 증가하고

있음

DATA offload 방안으로 고려되고 있는 WiFi Integration의 표준

– PGW 기반의 통합 망 기반 연동 기능 제공

– WiFi 망에 대한 신뢰성 보장 기술로 인한 Secure 한 연동 기능 제공

시스코의 통합 솔루션의 제공으로 보다 쉬운 Wi-Fi연동 가능

– ASR5K를 통한 SaMOG, PGW 연동

Policy에 따른 access망 선택이 가능한 ANDSF과 SaMOG를 조합하여 보다 효

율적인 Data offload방안으로 WiFi integration을 소개함

mobile data traffic 최적화 · gered optimization” or cto) ran정보와 상관없이 적용할...

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