mobile data traffic 최적화 · gered optimization” or cto) ran정보와 상관없이 적용할...
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Meeting Agenda
Integra Introduction
Optimization
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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
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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
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• ... • … • … • … • …
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
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• ... • … • … • … • …
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
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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
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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
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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
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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
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CISCO 최적화 술루션 Dynamic Mobile Optimization(DynaMO)
TCO
Savings
Quality
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•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
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•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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Audio 최적화
실시간 음성 Re-Encoding
설정 및 Input 음성 특성에 맞추어 Output bitrate 조정
AAC
MP4/AAC
MP3
MP3 with ID tags
Optimization
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Web Optimization Optimization
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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?
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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
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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
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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
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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!
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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 3 January 2, 2013 4:39PM 186 70.6 2.6346 LTE -79 -25 8 34.071729 -118.376417 117.926 143.858 163.077 12.448
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
Location 5 January 2, 2013 5:05PM 646 178 3.6292 LTE -77 -25 8 34.081312 -118.371268 119.607 132.067 147.478 9.684
Location 6 January 2, 2013 5:20PM 223 57.4842 3.8793 LTE -83 -25 8 34.071729 -118.376417 119.578 142.557 168.137 14.856
Location 7 January 2, 2013 5:35PM 366 236 1.5508 LTE -83 -25 8 34.071729 -118.376417 126.662 140.4977 158.71 10.881
Location 8 January 2, 2013 5:50PM 605 308 1.9643 LTE -73 -25 8 34.078309 -118.371028 119.578 151.36 220.823 19.185
Location 9 January 2, 2013 6:05PM 794 352 2.2557 LTE -73 -25 8 34.078309 -118.371028 114.991 131.978 147.923 9.77
PingLocationDownload 1MB Object (kbps) RF StatsTime
시험 결과 동일 환경에서 1.2~3.9배 정도의 Throughput 증가 효과
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Reporting 기능
Traffic Profile정보 기반의 Dashboard제공
audio /video formats, bitrate, resolution 등의 기준으로 세분화 가능
Feature별 효과 등을 세부적으로 제공
Optimization
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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
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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
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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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• 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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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