Various technologies have been developed for the efficient use of the multiple radio access technologies (RATs) resource at the radio access network (RAN) level or other network levels to improve user service quality in mobile communication networks. In long-term evolution (LTE), mobile carriers are commercializing RAN-level traffic aggregation technologies such as LAA-LTE, LTE-U, and LWA, which use the multi-accesses of the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) and WiFi, and the multipath TCP (MPTCP)-based traffic aggregation technologies at the L3 network level. The standardization of 3GPP Release 16, which is scheduled to be completed by 2020, is under progress to support the traffic aggregation technology at the L3 network level through a multi-access 5G network. MPTCP is also considered as a traffic aggregation technology. However, it is difficult to apply the MPTCP employment model used in LTE to the 5G network structure as it is owing to the change to a common core architecture that accommodates multiple RATs through one common interface. Therefore, this paper proposes an optimal 5G system architecture and an MPTCP adaptation method to support the access traffic steering function based on MPTCP in a 3GPP 5G mobile communication network. We have verified the development of the MPTCP-based multi-access traffic steering (MATS) technology by implementing the proposed solution in a commercial server on a testbed based on the 5G system standard of 3GPP Release 15. Furthermore, this paper defines problems that occur when implementing the MPTCP-based MATS system and proposes relevant solutions. Based on the implementation results, it is demonstrated that the proposed MPTCP-based MATS system can perform traffic steering in the 3GPP 5G network. In the future, as low-latency services such as autonomous driving and realistic media as well as large-capacity are required, 5G multipath technology must be improved to suit low-latency services. In this paper, we propose an extended performance measurement method of ATSSS technology applicable to the proposed MPTCP-based MATS system. The proposed performance measurement method improves the delay measurement so that the MPTCP-based MATS solution can provide a low-latency service. We intend to verify the performance improvement of the proposed method through the MPTCP performance model.
이동통신망에서 사용자의 서비스 품질을 높이기 위하여 Multiple Radio Access Technologies(RATs) 리소스를 효율적으로 사용하는 RAN 또는 Network level에서의 다양한 기술들이 지속적으로 발전되어 왔다. LTE에서도 3GPP, WiFi의 멀티액세스를 활용한 LAA-LTE, LTE-U 및 LWA 와 같은 RAN 레벨의 traffic aggregation 기술과 더불어 MPTCP 프로토콜 기반의 L3 Network 레벨의 traffic aggregation 기술이 사업자를 중심으로 상용화 중에 있다. 한편 2020년 완료 예정인 3GPP Release 16 표준 규격에서는 5G 네트워크에서 멀티 액세스 망을 통해 L3 Network level에서의 traffic aggregation 기술지원을 위하여, FS_ATSSS (Study on Access Traffic Steering, Switching, and Splitting support in the 5G system architecture) 표준 스터디 후 현재 normative 표준화가 진행중이다. LTE에서 traffic aggregation 기술로 상용화 중인 MPTCP 기술도 3GPP 5G System에서 Access Traffic Steering, Switching, and Splitting (ATSSS) 기능을 지원하는 Network 레벨의 traffic aggregation 기술 중 하나로 간주되고 있다. 하지만, LTE 대비 5G 네트워크는 Multiple RATs을 하나의 공통 인터페이스로 수용하는 common core 구조로의 변화로 인해 LTE에서 활용한 MPTCP 적용 모델을 5G 네트워크 구조에 그대로 적용하기에는 어려움이 있다. 이에 본 논문에서는 3GPP 5G 이동통신 네트워크에서 MPTCP 기반의 ATSSS 기능 지원을 위한 최적의 5G 시스템 아키텍처 및 Access Traffic Steering 기능을 제공하기 위한 MPTCP 적용 방안을 제안한다. 현재 3GPP Release 15 5G 시스템 표준규격 기반의 테스트 베드에서 제안된 솔루션을 상용 서버에 구현하여 MPTCP 기반의 Multi-Access Traffic Steering (MATS)기술을 개발 검증하였다. 또한 MPTCP기반의 MATS 시스템을 구현함에 있어서 해결해야할 문제점과 이를 극복하기 위한 요소기술을 제시하고, 구현 결과를 통해 제안된 MPTCP 기반의 MATS 솔루션이 3GPP 5G 네트워크에서 하나의 ATSSS 기능으로 동작할 수 있음을 검증하고자 한다. 앞으로 대용량뿐만 아니라 자율주행, 실감미디어와 같은 저지연 서비스가 요구되면서, 5G 멀티패스 기술도 저지연 서비스에 맞게 향상되어야 한다. 본 논문에서는 제안된 MPTCP 기반의 MATS 시스템에 적용 가능한 ATSSS 기술의 확장된 성능측정 방법을 제안한다. 제안된 성능측정 방법은 지연 측정을 개선하여 MPTCP 기반의 MATS 솔루션이 저지연 서비스를 제공할 수 있게 하며, MPTCP 성능 모델을 통해 개선된 성능을 검증하고자 한다.
