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LTE QoS (2편) - LTE QoS 파라미터 (QCI, ARP, GBR, MBR 등)
LTE QoS (Part 2) - LTE QoS Parameter (QCI, ARP, GBR, MBR, etc)
January 10, 2012 | By 유창모 (cmyoo@netmanias.com)
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어제에 이어 LTE QoS에 대해서 설명드리며, 오늘은 LTE에서 사용되는 QoS 파라미터의 의미를 살펴 보도록 하겠습니다.

 

 

EPS Bearer는 Default EPS Bearer와 Dedicated EPS Bearer로 나뉘어지며, 이 EPS Bearer는 다음과 같은 LTE QoS 파라미터를 가지고 LTE 망에서 QoS 제어를 받습니다.

  • Resource Type: GBR or Non-GBR
  • QCI
  • ARP
  • GBR
  • MBR
  • APN-AMBR
  • UE-AMBR

 

이제 각 파라미터에 대해서 살펴 보도록 하겠습니다.

 

Resource Type = GBR (Guaranteed Bit Rate)

대역폭을 보장받을 수 있는 타입의 EPS Bearer를 나타냅니다. 자연스럽게 "보장받을 대역폭" 파라미터(GBR, 뒤에서 설명)가 QoS 파라미터에 함께 포함됩니다. Dedicated EPS Bearer만이 GBR 타입이 될 수 있고, Default EPS Bearer는 GBR 타입이 될 수 없습니다.

 

Resource Type = Non-GBR

대역폭을 보장받지 못하는 Best Effort형 타입의 EPS Bearer를 나타냅니다. Default EPS Bearer는 이 Non-GBR 타입만 될 수 있고, Dedicated EPS Bearer는 GBR 타입일 수도 있고 Non-GBR 타입일 수도 있습니다.

 

QCI (QoS Class Identifier)

QCI는 QoS 우선 순위를 정수값인 1~9로 표현한 것으로 표준에 근거하여 각 값마다 Resource Type (GBR or Non-GBR), Priority (1~9), Packet Delay Budget (패킷 지연 허용치가 50ms ~ 300ms로 표현), Packet Error Loss Rate (패킷 손실 허용치를 10에 -2에서 10에 -6으로 표현)의 특성(값)을 내포하고 있습니다. 자세한 값은 구글에서 "3GPP TS 23.203"이라고 검색하셔서 해당 문서 표 6.1.7를 참조하세요.

분명 이 QCI 값에 따라 EPS Bearer 혹은 SDF가 보장받을 수 있는 QoS 품질이 달라지는 것인데요. LTE 장비에서 이 QCI 값 기반으로 어떻게 QoS를 차등화하는지, 그 구현에 대해서는 저도 잘 모르겠네요(개발자가 아니라서... 쩝). 다만 확실한 것은 아래 3GPP 표준 내용과 같이 QCI=1이 가장 좋고 QCI=9가 가장 안좋습니다. ^^*

 

QCI=1

: Resource Type=GBR, Priority=2, Packet Delay Budget=100ms, Packet Error Loss Rate=10에 -2, Example Service=Voice

QCI=9

: Resource Type=Non-GBR, Priority=9, Packet Delay Budget=300ms, Packet Error Loss Rate=10에 -6, Example Service=Internet

 

제 생각에(맞을지는 모르겠어요) 본 QCI 값은 주로 eNB가 무선구간에서 패킷 전송 우선순위를 제어하는데 사용하는 듯 합니다. 왜냐면 유선구간 장비인 S-GW, P-GW가 패킷을 처리하면서 이와 같은 QCI별 특성을 고려하여 Packet Forwarding을 한다는게 쉽지 않거든요(시스코/주니퍼 라우터가 패킷별 QoS를 처리할 때 Delay나 Error Loss Rate를 고려하지는 않잖아요. 단순히 패킷의 우선순위(802.1p/DSCP/MPLS EXP) 기반에 스케쥴링(WFQ, DWRR, SPQ등)을 통해 어떤 패킷을 먼저 내보낼지만 제어하니까요).

 

ARP (Allocation and Retention Priority)

ARP(0~15 중에 하나의 우선순위 값을 가짐)는 LTE 망에 자원이 부족한 상황에서, 새로운 EPS Bearer가 생성되어야 하는 경우,

  • 기존 EPS Bearer를 삭제하고 새로운 EPS Bearer를 생성할 것이냐, (High Priority ARP를 가진 EPS Bearer가 생성되기 위해 Low Priority ARP를 가진 EPS Bearer를 삭제한다)
  • 아니면 이 새로운 EPS Bearer 생성을 거절 할 것이냐를 판단하는 파라미터입니다.

 

따라서 이 ARP 값은 새로운 EPS Bearer 생성/거절에만  관여하지, 일단 EPS Bearer가 생성이 되고 패킷들이 지나다니는 상황에서는 Packet Forwarding 우선 순위에는 관여하지 않습니다.

이 ARP의 쓰임새에 예로 많이 나오는 것이 Emergency VoIP call입니다. 즉, 119 긴급 VoIP 전화를 위한 EPS Bearer 생성을 위해서는 기존의 EPS Bearer를 삭제할 수 있다는 거죠.

 

GBR(UL/DL)

Resource Type이 GBR인 경우 사용되는 파라미터로 LTE망에서 보장해야 하는 대역폭(bitrate)을 명시하는 파라미터입니다. Non-GBR형인 경우 대역폭 보장이 없으므로 본 GBR 파라미터가 적용되지 않습니다. (UL은 상향 트래픽 대역폭, DL는 하향 트래픽 대역폭)

 

MBR(UL/DL)

Resource Type이 GBR인 경우 사용되는 파라미터로 LTE망에서 허용된 최대 대역폭을 명시하는 파라미터입니다. 만약 이 MBR에서 명시한 대역폭 이상으로 패킷이 유입되면 폐기됩니다.

 

APN-AMBR(UL/DL)

앞서 MBR 파라미터를 보시면서 왜 Resource Type이 Non-GBR형인 경우에는 "대역폭 제한"이 없을까?라고 의문을 가진 분들이 있을 것입니다. Non-GBR형인 경우, 모든 Non-GBR형 EPS Bearer를 합쳐서 "대역폭 제한"이 적용됩니다. 그리고 이를 제어하는 파라미터가 APN-AMBR(UL/DL)입니다. 위 그림의 예에서 보시는 바와 같이 2개의 Non-GBR형 EPS Bearer가 존재하고 이 2개의 EPS Bearer에게 허용된 최대 대역폭을 APN-AMBR(UL/DL)에서 명시합니다.

 

UE-AMBR(UL/DL)

위 그림 상에는 APN-AMBR과 UE-AMBR이 마치 같은 것처럼 보이는데요. 아래 그림을 봐 주시죠...

하나의 UE는 여러개의 PDN에 접속이 가능하고(예를 들어, PDN1은 인터넷용, PDN2는 IMS를 이용한 VoIP용) 각 PDN 접속마다 UE는 IP 주소를 가지게 됩니다. 이 경우, UE-AMBR(UL/DL)은 PDN에 상관없이 해당 UE가 송수신하는 모든 Non-GBR형 EPS Bearer에게 허용된 최대 대역폭을 명시하게 되는 것입니다.

 

 

김성훈 2012-08-18 21:01:07
안녕하세요. 매우 잘 보고 있습니다. 감사하고요.

위 내용 관련 질문하나 올리겠습니다. 최초 단말기를 켜는 경우 Default EPS Bearer가 열립니다. 그러다, VoLTE 발신하거나 착신 시 별도의 Dedicated EPS Bearer가 열리게 되겠지요. 이때, Dedicated EPS Bearer는 위에 언급해놓으신 것대로 별도의 IP를 할당받아 동작을 하게 되는건지요? 아님 단지 설명을 위해 구분해 놓으신건지요? 현재 KT나 SKT는 어떻게 구현하여 사용하고 있는지 궁금하네요. 그리고, 단말에서 별도 구분을 해 놓은건지 아닌지 확인해 볼 방법이 있는지 궁금합니다.
넷매니아즈 2012-08-20 10:34:52
안녕하세요? 김성훈님,

위 그림(마지막 그림)은 UE-AMBR을 설명하기 위해 2개의 PDN(즉, 2개의 IP 주소 할당)을 예로 든 것이구요.
Dedicated EPS Bearer를 위해 별도의 IP 주소를 할당 받을 필요는 없습니다.
맨 위 그림에서,
- GBR 타입의 Dedicated EPS Bearer가 VoLTE용 Bearer
- Non-GBR 타입의 Default EPS Bearer가 Internet용 Bearer
라고 생각하시면 될 것 같구요.

아직은 현재 국내통신사업자의 구현 상황에 대해서는 저도 들은 바가 없는데요. 알게 되면 말씀드릴께요~
박신재 2013-12-25 22:23:37
답변 (1) 자료를 유심히 보시면, 하나의 IP 주소 = 하나의 Default 베어러 = 하나의 APN = 하나의 EPS 세션 = 하나의 PDN 커넥션 으로 맵핑됩니다. 그러므로, Default 베어러가 2개이면 할당 받은 IP 주소도 2개지만, Dedicated 베어러 수와 IP 주소 수는 관계 없습니다. Dedicated 베어러는 아예 열지 않을 때도 있습니다.
답변 (2) 통신 사업자들는 통상적으로 표준 QCI 테이블에 따릅니다. 따라서, VoLTE signaling 은 Default 베어러, 음성/영상은 Default 또는 Dedicated 베어러를 사용합니다.
박도현 2014-02-15 18:28:08
항상 자료 잘 보고 있습니다^^ 혹시 한가지 질문이 있는데, QCI 별 우선 순위에서 "3GPP 표준 내용과 같이 QCI=1이 가장 좋고 QCI=9가 가장 안좋습니다. ^^*" 부분에서 QCI = 5 의 경우 Non GBR 이지만 priority 가 QCI=1 (GBR )보다 높은 것으로 알고 있는데 제가 잘못 알고 있는 것인지 확인 부탁 드립니다. 다시 한번 매일 좋은 자료 감사의 말씀 드립니다.
버너 2014-02-17 13:33:34
데이터 전송 우선순위 입장에서는 QCI-5가 제일 좋습니다.
대역 보장 측면에서는 QCI-1이 제일 좋습니다 (QCI-5는 Non-GBR이므로)

하지만 전송 대역 및 순서를 잘 생각해보면 통상적으로 가입자별 AMBR이 동일하고
QCI-5 트래픽의 양을 AMBR을 절대 넘지 않도록 설계를 해야 하므로 (아니면 시그널링 유실이 있다는 것이므로)
QCI-5가 대역 측면에서도 제일 좋을 수 있다고 보입니다 (물론 대역 설계를 그렇게 한다고 가정해야 하지만)

어쨌든 제일 안 좋은 것은 QCI-9 입니다. ^^;

제가 실제 장비를 만들어본 적은 없지만 (^^;)
만약 위의 사항을 가지고 데이터 전송 로직을 구성한다면 아래 순서대로 한다고 보시면 되지 않을까 싶습니다.

가. QCI-5 트래픽이 있으면 QCI-5 트래픽을 전송한다. (priority=1이므로)
나. QCI-1~4의 GBR 트래픽이 있으면 각각 정의된 대역 안에서 priority를 기준으로 적당히 데이터를 전송한다.
다. AMBR 제한 내에서 QCI-5용으로 쓰고 남은 대역을 QCI 6~9 베어러에 priority를 기준으로 적당히
나눠서 전달한다.
세븐 2014-10-06 15:21:00

안녕하세요, 통신공부하는 학생입니다.

자료가 정말 잘 정리되어 있어서 공부 많이 하고 갑니다.

 

한가지 질문은

MBR 과 AMBR 값들은 사업자마다 다른 거로 알고 있긴한데

혹시 대략적인 값 알고 계신게 있나 해서요- 시뮬레이션 구현을 해보려고 하거든요.

답변부탁드려요~

좋은 정보 다시 한 번 감사드립니다 ^^

CNS 2014-11-26 15:30:37

안녕하세요, 통신쪽에서 일하고 있는 사람입니다.

QCI 1번이 좋다, 9번이 나쁘다고 판단하기는 좀 힘듭니다.

각 트래픽 특성에 맞는 Qci를 사용하는 것이 중요하지, QCI번호만으로는 좋다 나쁘다고 판단하기 어렵습니다.

대체로 QCI 1,2번은 real-time Streaming traffic에 적합한 특성을 가지고 있어서 VoIP Voice/Video traffic을 위해서 사용합니다. QCI 5번은 VoIP IMS signalling 용으로 사용하며, QCI 6~9번은 Inter/Background Traffic 특성에 적합하기 때문에 LTE default bearer용으로 사용을 합니다 (해당 QCI 6~9는 일반적인 Data traffic용이라고 생각하면 됨).

Nullus sum 2015-04-23 17:46:42

저거 스팩 23.203의 table 6.1.7 보면 다 나와요. QCI 번호들과 우선순위(priority level)이 매겨져 있어요. ㅇㅇㅇ

정현 2015-08-09 11:31:37

안녕하세요 네트워크 공부를 시작한 입문자이고 궁금한게 두가지 있습니다.

 

1. ARP를 사용하면 기존 EPS Bearer를 제거하고 Emergency call 용으로 Bearer를 생성한다고 하셨는데,

왜 굳이 기존 EPS Bearer를 제거하나요?? 기존 EPS Bearer를 사용하거나 Bearer를 하나 더 만들어도 되는거 아닌가요...

 

2. PDN을 Internet 용이랑 IMS VoLTE용으로 나누는 이유는 뭔가요???

Internet PDN은 인터넷망을 쓸 수 있고, 그거랑 다르게 IMS PDN은 IMS 망이 따로 있어서 인가요?

정승용 2018-07-20 15:27:31

1. ARP를 사용한다고 무조건 기존 베어러를 삭제하고 Emergency 베어러를 생성하는게 아닙니다. 자원이 부족한 상황에서만 그렇게 하는거죠. 평소 상황에서는 당연히 기존 베어러 유지한채로 Emergency 베어러 생성합니다.

2. 인터넷 PDN과 IMS PDN을 반드시 강제로 나눌 필요는 없고 사업자 정책 결정 사항이지만, 사업자 자체 IMS 망을 따로 구성하여 서비스를 제공하면 QoS 차별화 등 여러가지 장점이 있죠.

* 예시: 정현님이 핸드폰으로 스카이프 영상통화를 하면 IMS 서비스이지만 일반 PDN 세션으로 트래픽이 다닐 것이고 QoS를 보장 받지 못하겠죠.

나그네 2016-06-14 11:37:09

대역폭을 bit rate라고 표시하였는데, bit rate는 capacity의 단위이고 대역폭은 bandwidth Hz가 단위입니다. 따라서, bit rate는 대역폭이 아니라 capacity가 맞습니다. 확인후 정정 부탁드립니다.

참조 사이트 보시면 더 명확합니다. https://en.wikipedia.org/wiki/Shannon%E2%80%93Hartley_theorem

Jeon 2018-04-10 15:51:03

신호처리에서 말하는 (analog) bandwidth와 별개로 digital bandwidth, data bandwidth, network bandwidth라는 용어가 쓰입니다.

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